Una zanzara trasformata in strumento di stampa 3D ad altissima precisione. È questa la novità sviluppata dai ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica della McGill University e della Drexel University, che hanno messo a punto una tecnica innovativa capace di utilizzare la proboscide femminile della zanzara come ugello per la stampa tridimensionale. Grazie alla sua geometria naturale, questa microstruttura consente di ottenere linee di stampa sottili fino a 20 micron, poco meno del diametro di un globulo bianco e circa il doppio più fini rispetto a quelle realizzabili con gli ugelli commerciali oggi disponibili.
Cos’è il “3D necroprinting” e perché migliora la stampa ad alta risoluzione
I ricercatori hanno definito il processo “3D necroprinting”, un approccio in cui una microstruttura biologica non vivente viene utilizzata direttamente come strumento di manifattura avanzata. In questo caso, la proboscide della zanzara – una microneedle naturale larga circa metà di un capello umano – diventa l’ugello finale attraverso cui il materiale viene depositato.
“La stampa 3D ad alta risoluzione e il microdispensing si basano su ugelli ultrafini, generalmente realizzati in metallo o vetro”, ha spiegato Jianyu Li, coautore dello studio e Associate Professor alla McGill. “Questi ugelli sono costosi, difficili da produrre e generano rifiuti ambientali oltre a problemi per la salute”.
Secondo Changhong Cao, altro coautore della ricerca, l’utilizzo di strutture biologiche offre un vantaggio tecnico ed ecologico: “Le proboscidi delle zanzare ci permettono di stampare strutture estremamente piccole e precise che sono difficili o molto costose da realizzare con strumenti convenzionali”. Inoltre, ha aggiunto, “poiché gli ugelli biologici sono biodegradabili, possiamo riutilizzare materiali che altrimenti verrebbero scartati”.
Le applicazioni potenziali includono la produzione di micro-scaffold per la crescita cellulare e l’ingegneria dei tessuti, la stampa di gel contenenti cellule e il trasferimento delicato di oggetti microscopici come i chip semiconduttori.
Dalla proboscide al laboratorio: come funziona l’ugello biologico
Per realizzare questi ugelli, il team ha analizzato diverse strutture derivate da insetti, individuando nella proboscide della zanzara il candidato ideale. Le proboscidi sono state prelevate da zanzare eutanizzate, provenienti da colonie di laboratorio approvate eticamente presso la Drexel University.
Sotto microscopio, il tubo di alimentazione dell’insetto viene rimosso e fissato a una punta di dispensazione in plastica tramite una piccola quantità di resina. I ricercatori hanno poi analizzato geometria, resistenza meccanica e tolleranza alla pressione, integrando l’ugello biologico in un sistema di stampa 3D personalizzato.
Una volta collegata, la proboscide diventa l’apertura finale da cui il materiale viene estruso. Con questa configurazione sono state stampate strutture complesse ad alta risoluzione, tra cui un nido d’ape, una foglia d’acero e bioscaffold contenenti cellule tumorali e globuli rossi.
I test hanno inoltre dimostrato che l’ugello può essere riutilizzato più volte. “Abbiamo scoperto che la proboscide della zanzara può resistere a cicli di stampa ripetuti, a patto che le pressioni restino entro limiti di sicurezza”, ha spiegato Cao.
Secondo Li, “introducendo materiali biologici come valide alternative a componenti ingegnerizzati complessi, questo lavoro apre la strada a soluzioni sostenibili e innovative nella manifattura avanzata e nella microingegneria”.
