{{{sourceTextContent.title}}}

Control preciso del caudal para aplicaciones exigentes con hidrogeles

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

El cabezal de impresión Puredyne® ayuda a los investigadores a mejorar la reproducibilidad y la fidelidad de las formas en la bioimpresión basada en la extrusión

{{{sourceTextContent.description}}}

La bioimpresión 3D basada en extrusión se ha convertido en una herramienta importante para la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos, ya que permite fabricar estructuras tridimensionales complejas para la investigación biomédica. Sin embargo, el procesamiento de biomateriales avanzados suele plantear retos importantes, sobre todo cuando se requiere una deposición precisa y reproducible del material.

Para hacer frente a estos retos, los investigadores del Laboratorio de Biomateriales y Biofabricación de la École de technologie supérieure (ÉTS) de Montreal han integrado un cabezal de impresión Puredyne® en su plataforma de bioimpresión existente. El objetivo del proyecto es mejorar la precisión y la reproducibilidad de la impresión, al tiempo que se obtiene una comprensión más profunda de la influencia del comportamiento de dispensación en la calidad de las estructuras bioimpresas.

La investigación está dirigida por el profesor Ali Ahmadi, con la profesora Sophie Lerouge como coinvestigadora principal. La estudiante de doctorado Sara Badr ha desempeñado un papel clave a lo largo de todo el proyecto, contribuyendo al desarrollo de biomateriales, a la integración del proceso de impresión y a la validación experimental.

Trabajo con biomateriales exigentes

El trabajo del equipo se centra en los hidrogeles espumosos, una clase prometedora de biomateriales para la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa. Su arquitectura porosa puede facilitar el transporte de oxígeno y nutrientes, al tiempo que crea un entorno favorable para el crecimiento celular y el desarrollo tisular.

Al mismo tiempo, estos materiales presentan un comportamiento viscoelástico complejo, lo que hace que sean especialmente difíciles de procesar de forma uniforme. Pequeñas variaciones en el flujo del material pueden afectar significativamente a la colocación del filamento y, en última instancia, influir en la geometría y la calidad de la estructura impresa. Para los investigadores, estas características convierten a los hidrogeles de espuma en un sistema modelo ideal para evaluar tecnologías avanzadas de dispensación.

Integración de la dispensación de precisión en una plataforma existente

En lugar de desarrollar un sistema de bioimpresión completamente nuevo, el equipo de investigación integró el cabezal de impresión Puredyne® en su plataforma ya establecida. Para lograrlo, fueron necesarias adaptaciones tanto mecánicas como de software.

Se diseñó y fabricó un sistema de montaje a medida utilizando tecnología de impresión 3D para instalar de forma segura el cabezal de impresión. Paralelamente, se desarrollaron rutinas de software adicionales para permitir la comunicación y el control a través del entorno operativo existente de la impresora.

Según los investigadores, uno de los objetivos más críticos era la capacidad de iniciar y detener con precisión el flujo de material durante la impresión. Los métodos de extrusión convencionales pueden presentar problemas de liberación indeseada de material tras la deposición, especialmente al procesar formulaciones altamente viscoelásticas. Este efecto puede afectar negativamente a la precisión de la impresión y reducir la correspondencia entre el diseño digital y la estructura final.

A diferencia de los sistemas de extrusión accionados por presión, el cabezal de impresión Puredyne® utiliza tecnología de cavidad progresiva para controlar el desplazamiento del material de forma volumétrica. Diseñado para una dispensación de bajo cizallamiento y sin pulsaciones en un amplio rango de viscosidad, proporciona un suministro de material altamente repetible con inicio y finalización controlados del flujo, lo que ayuda a reducir la liberación indeseada de material entre los movimientos de impresión.

Mejora de la precisión de la deposición

La integración del cabezal de impresión Puredyne® ya ha arrojado resultados alentadores. Aunque aún se está llevando a cabo una evaluación comparativa cuantitativa formal, el equipo ha observado un inicio y un cese del flujo más limpios, un flujo reducido tras la extrusión y una mejor colocación de los filamentos depositados.

Estas mejoras se han traducido en una mayor concordancia entre las geometrías de los andamios diseñados e impresos, lo que se traduce en una mayor fidelidad de la forma y unos resultados de impresión más reproducibles.

«Un control constante del flujo es fundamental en la bioimpresión. El cabezal de impresión Puredyne® nos proporciona arranques y paradas más limpios, lo que mejora la colocación del filamento y ayuda a que la estructura impresa se ajuste mejor a su diseño digital». Sara Badr, estudiante de doctorado, Laboratorio de Biomateriales y Biofabricación, ÉTS.

Más allá de las mejoras de rendimiento observadas, el proyecto puso de relieve la importancia de la dinámica de dispensación en las aplicaciones de bioimpresión. Los investigadores descubrieron que la forma en que se controla el flujo de material, especialmente durante la transición entre las fases de extrusión y no extrusión, tiene un impacto significativo en la precisión de la impresión al procesar espumas y otros hidrogeles viscoelásticos.

Relevancia más allá del laboratorio de investigación

Para la ÉTS, la integración del cabezal de impresión Puredyne® amplía la capacidad del laboratorio para investigar biomateriales que plantean exigencias especialmente elevadas en cuanto a la estabilidad del flujo y la precisión de dispensación. El control mejorado del proceso también crea una plataforma más sólida para futuras investigaciones en biofabricación.

Al mismo tiempo, el proyecto demuestra cómo la tecnología industrial de dosificación de precisión puede adaptarse con éxito a aplicaciones biomédicas emergentes. A medida que la biofabricación sigue evolucionando hacia materiales y estructuras cada vez más complejos, se espera que la deposición fiable de materiales desempeñe un papel clave a la hora de garantizar la consistencia del proceso y la calidad del producto. El proyecto ilustra además cómo se puede integrar un cabezal de impresión de precisión en una plataforma de bioimpresión ya existente. Asimismo, destaca las posibles aplicaciones de la tecnología de dosificación de precisión en la automatización de laboratorios, la biofabricación avanzada y los futuros procesos de fabricación biomédica.

Próximos pasos

Partiendo de los resultados iniciales, los investigadores tienen previsto evaluar una gama más amplia de biomateriales, incluidos los hidrogeles cargados de células. El trabajo futuro se centrará en evaluar cuantitativamente la precisión y la repetibilidad de la impresión, investigar la biocompatibilidad y la viabilidad celular, y explorar la fabricación de estructuras tridimensionales más grandes y complejas. Las pruebas con materiales que contienen células permitirán evaluar en qué medida la dispensación de bajo cizallamiento favorece el rendimiento de impresión deseado, al tiempo que se mantiene la viabilidad celular.

A medida que avance el proyecto, el equipo espera evaluar más a fondo cómo el control preciso del flujo puede contribuir a procesos de bioimpresión más fiables y escalables para futuras aplicaciones biomédicas.