La naturaleza tiene una habilidad extraordinaria para producir materiales compuestos que son a la vez ligeros y fuertes, porosos y rígidos, como las conchas o los huesos de los moluscos. Pero producir dichos materiales en un laboratorio o una fábrica, particularmente utilizando materiales y procesos ecológicos, es un gran desafío.

Los investigadores del Laboratorio de Materiales Blandos de la Facultad de Ingeniería recurrieron a la naturaleza en busca de una solución. Han sido pioneros en una tinta imprimible en 3D que contiene Sporosarcina pasteurii : una bacteria que, cuando se expone a una solución que contiene urea, desencadena un proceso de mineralización que produce carbonato de calcio (CaCO3). El resultado es que los investigadores pueden usar su tinta, denominada BactoInk, para imprimir en 3D prácticamente cualquier forma, que luego se mineralizará gradualmente en el transcurso de unos días.

« La impresión 3D está ganando cada vez más importancia en general, pero la cantidad de materiales que se pueden imprimir en 3D es limitada por la sencilla razón de que las tintas deben cumplir con ciertas condiciones de flujo », explica la jefa de laboratorio Esther Amstad. « Por ejemplo, deben comportarse como un sólido cuando están en reposo, pero aún así deben poder extruirse a través de una boquilla de impresión 3D, algo así como la salsa de tomate ».

Amstad explica que las tintas de impresión 3D que contienen pequeñas partículas minerales se han utilizado anteriormente para cumplir con algunos de estos criterios de flujo, pero que las estructuras resultantes tienden a ser blandas o a encogerse al secarse, lo que provoca grietas y pérdida de control sobre la forma de la producto final.

« Entonces, se nos ocurrió un truco simple : en lugar de imprimir minerales, imprimimos un andamio polimérico usando nuestra BactoInk, que luego se mineraliza en un segundo paso separado. Después de unos cuatro días, el proceso de mineralización desencadenado por las bacterias en el andamio conduce a un producto final con un contenido mineral de más del 90% ».

El resultado es un biocompuesto fuerte y resistente, que se puede producir con una impresora 3D estándar y materiales naturales, y sin las temperaturas extremas que a menudo se requieren para la fabricación de cerámica. Los productos finales ya no contienen bacterias vivas, ya que se sumergen en etanol al final del proceso de mineralización.

El método, que describe la primera tinta de impresión 3D que utiliza bacterias para inducir la mineralización, se publicó recientemente en la revista Materials Today.

Remendar arte, arrecifes de coral o huesos

El enfoque del Laboratorio de Materiales Blandos tiene varias aplicaciones potenciales en una amplia gama de campos, desde el arte y la ecología hasta la biomedicina. Amstad cree que la restauración de obras de arte podría facilitarse en gran medida con BactoInk, que también se puede inyectar directamente en un molde o sitio de destino, por ejemplo, una grieta en un jarrón o una astilla en una estatua. Las propiedades mecánicas de la tinta le confieren la fuerza y ​​la resistencia a la contracción necesarias para reparar una obra de arte, así como para evitar daños mayores durante el proceso de restauración.

El uso del método de solo materiales ecológicos y su capacidad para producir un biocompuesto mineralizado también lo convierte en un candidato prometedor para construir corales artificiales, que pueden usarse para ayudar a regenerar arrecifes marinos dañados. Por último, el hecho de que la estructura y las propiedades mecánicas del biocompuesto imiten las del hueso podría hacerlo potencialmente interesante para futuras aplicaciones biomédicas.

« La versatilidad del procesamiento BactoInk, combinada con el bajo impacto ambiental y las excelentes propiedades mecánicas de los materiales mineralizados, abre muchas posibilidades nuevas para la fabricación de compuestos ligeros y resistentes que se asemejan más a los materiales naturales que a los compuestos sintéticos actuales ». Amstad resume.