La nave USS Voyager de Star Trek a escala microscópica

Un equipo de físicos de la Universidad de Leiden, en los Países Bajos, ha impreso en 3D la nave estelar USS Voyager de la clase Intrepid con un tamaño de 15 micrómetros como modelo para futuros vehículos que podrían llevar medicamentos dentro del cuerpo humano

La película de ciencia ficción Viaje alucinante narraba en 1966 cómo se reducía un submarino y su tripulación a escala microscópica para inyectarlo en el cuerpo de un científico en coma con un hematoma cerebral. Su misión: llegar hasta su cerebro, reparar los daños y salvarle la vida.

A pesar de que reducir seres humanos está fuera de la cuestión, cada vez es más probable que podamos usar vehículos miniaturizados para intervenir en el cuerpo humano, o como dijo el físico Richard Feynman en una conferencia, «tragarnos al cirujano». Pero ¿qué forma tendría el vehículo adecuado para navegar por el cuerpo humano?

Un grupo de científicos, liderados por Daniela Kraft, han usado una impresora 3D para crear una serie de figuras microscópicas, entre ellas el USS Voyager, como parte de un proyecto para estudiar el movimiento de los micronadadores y comprender sus interacciones.

Los micronadadores son partículas microscópicas que pueden moverse a través de un líquido por sí mismas, interactuando con su entorno a través de reacciones químicas. Los micronadadores biológicos se autopropulsan mediante apéndices como los cilios o los flagelos. Los artificiales, sin partes móviles, generan fuerzas propulsoras interactuando con su entorno a través de reacciones químicas.

Crear el Voyager para entender a los espermatozoides

Según Samia Ouhajii, una de las coautoras del estudio, el objetivo es estudiar los micronadadores sintéticos para entender los biológicos, como las bacterias o los espermatozoides. Entender cómo funcionan “podría ayudar en el desarrollo de nuevas vías de suministro fármacos; por ejemplo, microrobots que naden de forma autónoma y lleven medicamentos al punto del cuerpo humano que necesitemos».

El equipo de investigadores usó una impresora 3D microscópica para crear una serie de figuras microscópicas y  comprobar cómo cada forma afecta de forma diferente al movimiento. Por esa razón, imprimieron la nave Voyager con un tamaño de 15 micrómetros de largo (0,015 millímetros), más pequeño que el grosor de un cabello humano, así como el remolcador Benchy (un conocido objeto de pruebas para impresoras 3D) en un tamaño de 30 micrómetros.

La coautora Rachel Doherty reconoce que han probado varios diseños. «El barco y el Voyager se utilizaron para probar los límites de nuestra impresora 3D y para mostrar su capacidad de crear estructuras complejas y también porque es divertido. Además estamos investigando formas más convencionales y prácticas, como hélices, elipsoides y trímeros».

En el caso del Voyager, Ouhajii explica que lo hicieron por complacer a otro de los coautores, Jonas Hoecht, fan de Star Trek.»(…) le prometí que podríamos imprimir cualquier forma que quisiera». “Además, también fue para demostrar que el tipo de formas que podemos imprimir es casi ilimitado.»

Uno de los obstáculos a los que se enfrentan actualmente los investigadores es el tamaño de las figuras que imprimen. El equipo de la Universidad de Leiden tuvo que fabricarlas lo suficientemente grandes como para poder observarlas con microscopios ópticos. Aunque su Voyager mide 15 micrómetros, aun sería demasiado grande para usarla con fines médicos, para lo cual es necesario descender hasta el nivel de los nanometros.

En algún momento tendrán que decidir cuál es la opción más adecuada, ya que deberá ser capaz de moverse de manera autónoma en líquidos. Lo que sabemos es que no tendrá la forma de un submarino ni tampoco se parecerá al Voyager.

REFERENCIAS

Catalytically propelled 3D printed colloidal microswimmers

Benchy

Viaje alucinante