Bioengenheiros e químicos projetam estruturas fluorescentes impressas em 3D com potenciais aplicações médicas

Em um processo tão simples quanto misturar ovos e farinha em panquecas, pesquisadores da Universidade de Oregon misturaram moléculas fluorescentes em forma de anel em um novo processo de impressão 3D. O resultado: estruturas brilhantes intrincadas que apoiam o desenvolvimento de novos tipos de implantes biomédicos.

O avanço resolve um desafio de design de longa knowledge, tornando as estruturas mais fáceis de rastrear e monitorar ao longo do tempo dentro do corpo, permitindo aos pesquisadores distinguir facilmente o que faz parte de um implante e o que são células ou tecidos.

A descoberta surgiu de uma colaboração entre o laboratório de engenharia de Paul Dalton no Phil and Penny Knight Campus for Accelerating Scientific Impression e o laboratório de química de Ramesh Jasti na Faculdade de Artes e Ciências da UO. Os pesquisadores descrevem suas descobertas em um artigo publicado este verão na revista Pequeno.

“Acho que foi um daqueles momentos estranhos em que dissemos: ‘Vamos tentar’ e funcionou imediatamente”, disse Dalton.

Mas por trás dessa simples história de origem estão anos de pesquisa especializada e conhecimento em dois campos muito diferentes antes de finalmente se unirem.

O laboratório de Dalton é especializado em formas inovadoras e complexas de impressão 3D. O desenvolvimento característico de sua equipe é uma técnica chamada eletroescrita por fusão, que permite que objetos relativamente grandes sejam impressos em 3D com resolução muito fina. Usando essa técnica, a equipe imprimiu andaimes de malha que poderiam ser usados ​​para vários tipos de implantes biomédicos.

Esses implantes poderiam ser usados ​​para aplicações tão diversas como novas tecnologias de cicatrização de feridas, vasos sanguíneos artificiais ou estruturas para ajudar a regenerar nervos. Num projeto recente, o laboratório colaborou com a empresa de cosméticos L’Oreal, utilizando os andaimes para criar um pele synthetic realista em várias camadas.

O laboratório de Jasti, por sua vez, é conhecido por seu trabalho em nanohoops, moléculas baseadas em carbono em forma de anel que possuem uma variedade de propriedades interessantes e são ajustáveis ​​com base no tamanho e estrutura precisos dos aros em forma de anel. Os nanohoops apresentam fluorescência intensa quando expostos a luz ultravioletaemitindo cores diferentes dependendo de seu tamanho e estrutura.

Ambos os laboratórios poderiam ter permanecido em seus próprios caminhos se não fosse por uma conversa informal quando Dalton period um novo professor na UO, ansioso para fazer conexões e conhecer outros membros do corpo docente. Ele e Jasti discutiram a ideia de incorporar os nanohoops nas estruturas 3D nas quais Dalton já estava trabalhando. Isso faria com que as estruturas brilhassem, um recurso útil que tornaria mais fácil rastrear seu destino no corpo e distinguir as estruturas do ambiente circundante.

“Achamos que provavelmente não funcionaria”, disse Jasti. Mas aconteceu, muito rapidamente.

As pessoas tentaram fazer os andaimes brilharem no passado, com pouco sucesso, disse Dalton. A maioria das moléculas fluorescentes se decompõe sob a longa exposição ao calor necessária para sua técnica de impressão 3D. Os nanohoops do laboratório Jasti são muito mais estáveis ​​sob altas temperaturas.

Embora ambos os grupos possam fazer com que seu trabalho pareça fácil, “fazer nanohoops é realmente difícil, e eletroescrita por fusão é realmente difícil de fazer, então o fato de termos sido capazes de fundir esses dois campos realmente complexos e diferentes em algo que é realmente simples é incrível, ” disse Harrison Reid, um estudante de pós-graduação no laboratório de Jasti.

Apenas uma pequena quantidade de nanohoops fluorescentes misturados à mistura de materials de impressão 3D produz estruturas brilhantes de longa duração, descobriram os pesquisadores. Como a fluorescência é ativada pela luz UV, os andaimes ainda parecem claros em condições normais.

Embora o conceito inicial tenha funcionado muito rapidamente, foram necessários vários anos de testes adicionais para avaliar completamente o materials e avaliar o seu potencial, disse Patrick Corridor, um estudante de pós-graduação no laboratório de Dalton.

Por exemplo, Corridor e Dalton realizaram uma bateria de testes para confirmar que a adição dos nanohoops não afetou a resistência ou estabilidade do materials impresso em 3D. Eles também confirmaram que a adição de moléculas fluorescentes não tornou o materials resultante tóxico para as células, o que é importante para aplicações biomédicas e uma linha de base elementary que precisa ser atendida antes que possa se aproximar da aplicação humana.

A equipe prevê uma série de aplicações possíveis para os materiais brilhantes que criaram. Dalton está particularmente interessado no potencial biomédico, mas um materials personalizável que brilha sob luz ultravioleta também pode ser útil em aplicações de segurança, disse Jasti.

Eles registraram um pedido de patente para o avanço e, eventualmente, esperam comercializá-lo. E tanto Jasti quanto Dalton estão gratos pela sorte que os uniu.

“Obtemos novas direções interessantes ao reunir pessoas que normalmente não discutem sua ciência”, disse Dalton.