Científicos del Berkeley Lab imprimen en 3D estructuras totalmente líquidas
Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del departamento de Energía (Berkeley Lab) han desarrollado una forma de imprimir estructuras tridimensionales compuestas enteramente de líquidos. Utilizando una impresora 3D modificada, inyectan hilos de agua en aceite de silicona en tubos esculpidos hechos de un líquido dentro de otro líquido.
Prevén que su material totalmente líquido podría ser utilizado para construir electrónica líquida que alimente dispositivos flexibles y extensibles. Los científicos también prevén la sintonización química de los tubos y el flujo de moléculas a través de ellos, lo que conduce a nuevas formas de separar las moléculas o entregar con precisión los bloques de construcción a nanoescala a los compuestos en construcción.
Los investigadores han impreso hilos de agua de entre 10 micras y 1 milímetro de diámetro, y en una variedad de formas de espirales y ramificaciones de hasta varios metros de longitud. Además, el material puede adaptarse a su entorno y cambiar de forma repetidamente.
“Es una nueva clase de material que puede reconfigurarse a sí mismo, y tiene el potencial de personalizarse en recipientes de reacción líquidos para muchos usos, desde la síntesis química hasta el transporte de iones y la catálisis”, explica Tom Russell, científico visitante de la facultad de la División de Ciencias Materiales del Laboratorio de Berkeley. Desarrolló el material con Joe Forth, investigador posdoctoral en la División de Ciencias de Materiales, así como con otros científicos del Berkeley Lab y varias otras instituciones.
El material debe su origen a dos avances: aprender a crear tubos de líquido dentro de otro líquido, y luego automatizar el proceso.
Para el primer paso, los científicos desarrollaron una forma de enfundar los tubos de agua en un surfactante especial derivado de nanopartículas que bloquea el agua en su lugar. El surfactante, esencialmente jabón, evita que los tubos se rompan en gotas. Su surfactante es tan bueno en su trabajo, que los científicos lo llaman un superjabón de nanopartículas. El superjabón se logró dispersando nanopartículas de oro en agua y ligandos de polímeros en petróleo. Las nanopartículas de oro y los ligandos de polímeros quieren unirse entre sí, pero también quieren permanecer en sus respectivos medios de agua y aceite. Los ligandos fueron desarrollados con la ayuda de Brett Helms en Molecular Foundry, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en Berkeley Lab.
En la práctica, poco después de inyectar el agua en el aceite, docenas de ligandos en el aceite se adhieren a nanopartículas individuales en el agua, formando un superjabón de nanopartículas. Estos superjabones se atascan y vitrifican, como el vidrio, lo que estabiliza la interfaz entre el aceite y el agua y bloquea las estructuras líquidas en su posición.
“Esta estabilidad significa que podemos estirar el agua dentro de un tubo, y permanece como un tubo. O podemos moldear el agua en un elipsoide, y sigue siendo un elipsoide”, dice Russell. “Hemos usado estos superjabones de nanopartículas para imprimir tubos de agua que duran varios meses”.
Luego vino la automatización. En cuarto lugar, modificó una impresora 3D ya disponible, quitando los componentes diseñados para imprimir plástico y sustituyéndolos por una bomba de jeringa y una aguja que extruye el líquido. Luego programó la impresora para insertar la aguja en el sustrato de aceite e inyectar agua en un patrón predeterminado.
