Le zanzare, creature universalmente detestate per le loro punture fastidiose e per la trasmissione di malattie che causano quasi 600.000 decessi all’anno a livello globale, si sono rivelate una fonte di ispirazione inaspettata per l’ingegneria. Un team di ricercatori della McGill University ha infatti sviluppato una stampante 3D ad alta risoluzione utilizzando la proboscide di una zanzara come ugello, aprendo nuove prospettive per la produzione di dispositivi biomedici a basso costo e con un impatto ambientale ridotto.

Necroprinting: quando la natura ispira l’innovazione

Un ugello naturale per la stampa 3D

La proboscide della zanzara, l’organo pungente utilizzato per nutrirsi di sangue, ha catturato l’attenzione del bioingegnere Changhong Cao per la sua eccezionale capacità di penetrare la pelle con precisione e senza allertare la vittima. Questa caratteristica, unita alle dimensioni ridotte e alla struttura rigida, ha spinto il team a sviluppare una stampante 3D innovativa, soprannominata “necroprinting”.

La necroprinting si distingue per la sua capacità di stampare linee sottili, circa la metà della larghezza di quelle prodotte dalle stampanti commerciali. Durante i test, il sistema ha dimostrato di poter creare strutture 3D complesse in bioinchiostro, tra cui favi, foglie d’acero e alloggiamenti simili a waffle per incapsulare cellule tumorali e globuli rossi.

I vantaggi della Necroprinting

L’utilizzo di materiali biologici provenienti da organismi deceduti e cresciuti in laboratorio offre diversi vantaggi:

• Riduzione dei costi di produzione degli ugelli ad alta risoluzione.
• Minimizzazione dell’impatto ambientale grazie all’utilizzo di materiali biodegradabili.
• Disponibilità di ugelli con diametri interni estremamente piccoli, ideali per la stampa di precisione.

Biomimetica: imitare la natura per innovare

L’ingegneria si è spesso ispirata alla natura per sviluppare nuove tecnologie. La biomimetica, ovvero l’imitazione dei processi e delle strutture biologiche, ha portato a importanti innovazioni, come le superfici autopulenti ispirate alle foglie di loto e il Velcro, il cui meccanismo di aggancio si basa sulle bardane.

Negli ultimi anni, si è diffuso l’utilizzo di bioibridi, dispositivi che combinano materiali biologici flessibili e cellule viventi con materiali sintetici. Questi bioibridi sono in grado di percepire l’ambiente circostante, autoripararsi e adattarsi alle condizioni esterne.

Un approccio più “macabro” consiste nell’utilizzo di parti anatomiche di animali per creare dispositivi bioibridi. Ad esempio, anguille di fango, scarafaggi sibilanti del Madagascar e zampe di scarabei sono stati utilizzati per monitorare condizioni mediche e ambientali. I “necrobot”, invece, utilizzano zampe di ragno trasformate in micropinze per afferrare oggetti di forme irregolari, offrendo un’alternativa economica, efficiente e biodegradabile alle pinze convenzionali.

La ricerca dell’ugello perfetto

Il team di Cao ha iniziato la ricerca di una “testa di stampa” naturale analizzando una vasta gamma di appendici animali, tra cui pungiglioni di scorpione, zanne di serpente, arpioni di lumache coniche e artigli di insetti. L’ugello ideale doveva essere dritto come un ago, sufficientemente rigido da mantenere la forma durante il flusso del fluido, avere un diametro interno ridotto per garantire un’alta risoluzione di stampa e una lunghezza adatta alla manipolazione.

La proboscide della zanzara si è rivelata la scelta migliore per diverse ragioni:

• Il nucleo in biopolimero garantisce una struttura dritta.
• Il diametro di soli 20 micrometri è inferiore a quello degli ugelli commerciali.
• La rigidità è simile a quella delle plastiche comuni.

Una stampante sostenibile e a basso costo

Per raccogliere le proboscidi, il team ha sterilizzato le zanzare femmine allevate in laboratorio immergendole in alcol, prima di rimuovere l’organo. È stato quindi progettato un adattatore personalizzato per collegare la proboscide a una punta metallica collegata a un estrusore meccanico, che regola il flusso dei fluidi.

Durante i test, la necroprinter è riuscita a stampare linee di circa 20 micrometri di larghezza, superando le prestazioni degli ugelli più avanzati. Ha inoltre dimostrato di poter stampare con precisione forme più complesse, come favi e foglie d’acero.

Rispetto alle testine di stampa 3D progettate, la proboscide di una zanzara è molto uniforme nel diametro interno e nello spessore della parete. È anche molto economica: secondo il team, allevare una singola zanzara costa solo due centesimi e assemblare una punta di erogazione per necroprinting costa meno di un dollaro.

Pur presentando potenziali limiti, come la durata inferiore rispetto ai componenti in plastica e la sensibilità alle temperature estreme, il sistema dimostra il potenziale dell’integrazione di materiali biologici nella produzione avanzata. Secondo il sito Singularity Hub, l’utilizzo di insetti per la produzione di dispositivi bioibridi rappresenta un trend in crescita, con potenziali applicazioni in diversi settori, dalla medicina all’esplorazione ambientale. Singularity Hub

L’articolo scientifico originale è disponibile su: Science Advances