Papiroflexia automática de silicio activable con agua

Lograr cambios de forma complejos y automáticos para objetos de silicio a escala microscópica puede ser la base para avances médicos cruciales en la aplicación selectiva de medicamentos en puntos muy específicos del cuerpo, en la realización de operaciones microquirúrgicas autónomas y programables, y en muchas otras ramas de la tecnología.

Unos investigadores de la Universidad de Twente en los Países Bajos parece que han dado un paso clave hacia esa clase de capacidad de control sobre estructuras microscópicas de silicio.

Usando sólo una gota de agua, el equipo de Antoine Legrain ha hecho que se doblasen láminas microscópicas de nitruro de silicio hasta adoptar formas tales como cubos, pirámides, cuencos similares a hemisferios o más concretamente a mitades de balones,  y estructuras triangulares largas que se parecen a barras de chocolate Toblerone; en definitiva, un buen muestrario de las múltiples clases de formas obtenibles con la nueva técnica y de las posibilidades que ahora se abren en la microingeniería.

Si bien hacer estructuras en 3D es algo muy común en la vida cotidiana, siempre ha sido extremadamente difícil hacerlo en el ámbito de la microfabricación, sobre todo si queremos construir gran cantidad de estructuras de forma barata.

Para ayudar a resolver el reto de construir en miniatura, se viene recurriendo, cada vez con mayor dominio, a la técnica del autoensamblaje, en la cual fuerzas naturales como el magnetismo o la tensión superficial desencadenan un cambio de forma. Una modalidad del autoensamblaje es que, en vez de que pequeñas piezas se agrupen por su cuenta para formar la estructura deseada, una única estructura fácil de fabricar, por lo general una lámina, se rasga y dobla automáticamente por los sitios adecuados hasta conformar la estructura definitiva deseada, mucho más intrincada que la original.

El sistema de la Universidad de Twente destaca por usar agua para activar y controlar cómo se dobla la estructura inicial.

Tal como destaca Legrain, el agua es omnipresente, es biocompatible, barata y fácil de aplicar. Si se desarrolla aún más el nuevo proceso basado en ella para poder plegar múltiples estructuras a un tiempo, podría convertirse en un sistema más barato que los actuales métodos de autoplegado.

Para crear sus variadas estructuras, los investigadores utilizaron un programa informático a medida para diseñar primero el patrón plano de inicio. Después, “imprimieron” el diseño en obleas de silicio, grabando también las “bisagras” o dobleces.

Las formas posibles son en principio ilimitadas, mientras se puedan generar a partir de una superficie plana inicial.

Para activar el autoplegado de las láminas, los investigadores bombean una pequeña cantidad de agua a través de un canal que han dejado en la oblea de silicio. Las fuerzas capilares creadas por las moléculas de agua pegándose las unas a las otras y al silicio actúan sobre cada superficie plana hasta formar estructuras totalmente tridimensionales.

El equipo descubrió también que las estructuras finales, que tienen un tamaño comparable al de un grano de arena, se pueden abrir y cerrar hasta 60 veces sin señales de deterioro, siempre y cuando se las mantenga húmedas.

La habilidad de desplegar y replegar las estructuras podría ser útil en aplicaciones biomédicas. Por ejemplo, herramientas autoplegables podrían liberar fármacos exactamente donde se les necesite en el cuerpo, o agarrar una cantidad diminuta de tejido para una microbiopsia.

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