La impresión 3D se ha abierto camino en los últimos años. Los médicos se aprovechan de esta tecnología a diario para fabricar prótesis y dispositivos biomédicos mucho más rápido. Los pacientes se benefician con los órganos y tejidos que salen de estas impresoras. Incluso los estudiantes han descubierto cómo crear maquetas tridimensionales pulsando un par de botones. Pero la impresión 3D aún no es perfecta: le falta incursionar en el campo de la nanotecnología y la creación de átomos. 

Aunque eso está apunto de cambiar gracias a Liaisan Khasanova, química de la Universidad de Oldenburg en Alemania. Ella ha logrado convertir un tubo de vidrio de sílice en una boquilla nanométrica para imprimir moléculas tridimensionales increíblemente diminutas. 

Su objetivo es llevar la impresión 3D a una nueva escala, ensamblando objetos átomos por átomos. Ahora, ¿es realmente posible hacer algo así?

¿Qué se necesita para empezar a imprimir átomos en 3D?

Impresora 3D / Vía Pixabay

La impresión 3D a nanoescala, es decir, la creación de objetos de unas pocas mil millonésimas de metro, es más que posible. De hecho, es indispensable a futuro en áreas como la microelectrónica y la nanorobótica.

No obstante, se necesitan boquillas minúsculas para fabricar piezas minúsculas. Las impresoras actuales pueden crear objetos con apenas un par de centímetros, pero no pueden ir más allá de eso. 

Además, existe otra limitante importante cuando pensamos en una impresión a nanoescala: el material. Si bien la impresión 3D de plásticos ya ha avanzado a estas dimensiones nanométricas, la fabricación de pequeños objetos de metal es más difícil. Esto debido al grado de pureza que se necesita para crear cada tipo de metal.

Hace un par de semanas, estos obstáculos parecían imposibles de afrontar. Pero actualmente Khasanova y su equipo han ideado una técnica que haría posible la impresión 3D de átomos y moléculas.

Grandes avances en la impresión tridimensional

Formas nanométricas creadas con una impresora 3D / Créditos: Universidad de Oldenburg

En cuanto a las boquillas, el tubo milimétrico que creó la química puede replicarse. Por lo tanto, es una opción viable para la fabricación de piezas con esta tecnología tridimensional.

«Un rayo láser calienta el tubo de un milímetro de grosor y lo separa. Luego, repentinamente aumentamos la fuerza de tracción para que el vidrio se rompa en el medio y se forme una punta muy afilada».

Khasanova

En cuanto a la pureza de los metales nanométricos, el equipo ha desarrollado una solución salina que combina los iones con carga positiva en un electrón para formar átomos metálicos neutros.

«La solución de sal líquida se convierte en un metal sólido. Es un proceso que nosotros, los electroquímicos, podemos controlar de manera muy efectiva».

Dr. Dmitry Momotenko, parte del grupo de investigación

En su laboratorio, el equipo prácticamente ha fabricado un set de impresión 3D de átomos con:

  • Una boquilla de impresión
  • Tubos para alimentar el material de impresión.
  • Un mecanismo de control. 
  • Y los componentes mecánicos para mover la boquilla.

Pero en estas impresoras todo es un poco más pequeño de lo habitual. La solución salina coloreada fluye a través de un delgado tubo que, a su vez, contiene un alambre igual de delgado. Cuando se realiza una impresión, los micromotores mueven rápidamente la boquilla a velocidades de unos pocos nanómetros por segundo en las tres direcciones espaciales. Y como resultado, se pueden imprimir espirales, anillos y todo tipo de formas geométricas a nanoescala. 

Entonces, ¿sí es posible imprimir átomos?

Khasanova con su mini impresora 3D / Créditos: Phys

Sí y no. Actualmente, la técnica de Khasanova y su equipo se puede utilizar para la impresión 3D de átomos metálicos como el cobre, la plata y el níquel. Pero eso es lo único, al menos por ahora. 

En su informe, el equipo muestra varias columnas de cobre con un diámetro de solo 25 nanómetros. Allí también detallan que su objetivo es emplear técnicas a nanoescala para imprimir materiales ultrapequeños para las baterías. Esto debido a que el tamaño actual de los circuitos hace que pierdan mucha más carga de la que deberían. 

No obstante, ellos ven este objetivo como algo a largo plazo, pues la impresión 3D de átomos apenas está dando sus primeros pasos. 

Liaisan Khasanova pronto se centrará en los compuestos de litio. Su misión será averiguar cómo se pueden estructurar, mediante impresión 3D, los materiales de los electrodos que se utilizan actualmente en las baterías de litio

Su equipo también planea investigar compuestos como el litio-hierro o el litio-estaño, y luego probar si es posible imprimirlos correctamente. El problema es que el almacenamiento de energía de estas baterías es extremadamente complejo, por lo que puede que el proyecto tome su tiempo.

En este sentido, todavía no estamos cerca de ensamblar objetos átomo por átomo. Todas estas ideas son todavía enfoques muy nuevos en química, y nadie sabe sí funcionará al final. Pero sí podemos decir que vamos bien encaminados hacia la impresión 3D de átomos.

Referencias:

Bringing Electrochemical Three-Dimensional Printing to the Nanoscale https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02847

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