I ricercatori del Micro, Nano, and Molecular Systems Lab del Max Planck Institute for Medical Research e dell’Institute for Molecular Systems Engineering, and Advanced Materials dell’Università di Heidelberg hanno creato una nuova tecnologia per assemblare la materia in 3D, utilizzando le onde sonore. Il loro concetto utilizza più ologrammi acustici per generare campi di pressione con i quali è possibile stampare particelle solide, sfere di gel e persino cellule biologiche. Questi risultati aprono la strada a nuove tecniche di coltura cellulare 3D con applicazioni nell’ingegneria biomedica. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances.
“Siamo stati in grado di assemblare le microparticelle in un oggetto tridimensionale all’interno di un singolo scatto utilizzando gli ultrasuoni sagomati”, ha affermato Kai Melde, un postdoc del Max Planck Institute nel gruppo e primo autore dello studio.
“Questo può essere molto utile per il bioprinting. Le cellule utilizzate sono particolarmente sensibili all’ambiente durante il processo”, ha affermato Peer Fischer, professore all’Università di Heidelberg.
Le onde sonore esercitano forze sulla materia, come le onde di pressione di un altoparlante. Utilizzando gli ultrasuoni ad alta frequenza, che non sono udibili dall’orecchio umano, le lunghezze d’onda possono essere spinte al di sotto di un millimetro nel regno microscopico, che viene utilizzato dai ricercatori per manipolare elementi costitutivi molto piccoli, come le cellule biologiche.
Nei loro studi precedenti, Peer Fischer e colleghi hanno mostrato come formare gli ultrasuoni utilizzando ologrammi acustici – lastre stampate in 3D, che sono realizzate per codificare un campo sonoro specifico. Quei campi sonori, hanno dimostrato i ricercatori, possono essere usati per assemblare materiali in schemi bidimensionali. Sulla base di ciò, gli scienziati hanno ideato il nuovo concetto di fabbricazione.
Il team ha catturato particelle e cellule che fluttuano liberamente nell’acqua e le ha assemblate in forme tridimensionali. Il nuovo metodo funziona anche con una varietà di materiali tra cui perle di vetro o idrogel e cellule biologiche. “L’idea cruciale era quella di utilizzare più ologrammi acustici insieme e formare un campo combinato in grado di catturare le particelle”, ha affermato Kai Melde.
“La digitalizzazione di un intero oggetto 3D in campi di ologrammi a ultrasuoni è computazionalmente molto impegnativa e ci ha richiesto di elaborare una nuova routine di calcolo”, ha affermato Heiner Kremer, del Max Planck Institute, che ha scritto l’algoritmo per ottimizzare i campi dell’ologramma.
I ricercatori ritengono che la loro tecnologia sia una piattaforma promettente per la formazione di colture cellulari e tessuti in 3D. Il vantaggio degli ultrasuoni è che è delicato per l’utilizzo di cellule biologiche e che può viaggiare in profondità nei tessuti. In questo modo, può essere utilizzato per manipolare e spingere a distanza le cellule senza danni.
