Imprimir en 3D con luz y almacenar datos en ADN: la Carl-Zeiss-Stiftung financia dos proyectos del KIT

Nuevos enfoques para la impresión 3D y para el almacenamiento de datos en ADN: la Carl-Zeiss-Stiftung financia a dos científicos del Karlsruher Institut für Technologie (KIT) en el programa «CZS Wildcard», con cerca de 900.000 euros cada uno. Los proyectos siguen enfoques de investigación poco convencionales con el objetivo de superar límites técnicos: un equipo del Instituto de Interfaces Funcionales y del Instituto de Nanotecnología quiere abrir la impresión 3D a materiales de alto rendimiento que hasta ahora no se podían imprimir. Por su parte, un equipo en torno al profesor Lennart Hilbert desarrolla una memoria de trabajo regrabable basada en ADN.

Con el programa «CZS Wildcard», la Carl-Zeiss-Stiftung apoya proyectos de investigación que abren caminos nuevos y entran deliberadamente en territorio científico inexplorado. Desde marzo de 2027, dos proyectos del KIT tendrán la posibilidad de seguir desarrollando ideas poco habituales y de alto potencial. El monto total de la financiación asciende a cerca de 1,8 millones de euros.

Imprimir con luz cien veces más rápido y diez veces más preciso

Las impresoras 3D pueden fabricar objetos complejos con gran precisión mediante luz ultravioleta y visible, pero están limitadas a una selección reducida de materiales. Muchos plásticos resistentes al calor y materiales flexibles, como los que se usan en implantes médicos, en robótica o en aviones, no se pueden imprimir hasta ahora.

Un equipo del Instituto de Interfaces Funcionales (IFG) y del Instituto de Nanotecnología (INT) del KIT sigue ahora, en el proyecto «Printing the Unprintable», un enfoque nuevo: utiliza luz del infrarrojo cercano moldeada holográficamente. La luz se distribuye de modo que se genera calor al mismo tiempo en muchos puntos del material. «Así se pueden moldear los materiales con rapidez y con detalles muy finos hasta formar objetos tridimensionales complejos», explica el Dr. Paul Somers, quien investiga el nuevo método junto con el Dr. Xingyu Wu y los profesores Christopher Barner-Kowollik y Martin Wegener.

El objetivo del equipo es acelerar la impresión 3D cien veces y generar estructuras hasta diez veces más pequeñas que con los métodos convencionales. Al mismo tiempo, los objetos impresos deben conservar las propiedades de los materiales industriales de alto rendimiento. De este modo, el proyecto podría allanar el camino para nuevos productos y tecnologías, por ejemplo en el ámbito de la salud, la robótica y la industria aeroespacial.

Guardar, modificar y volver a leer datos directamente en ADN

Hoy, los sistemas biológicos suelen nacer primero como secuencias digitales de ADN en el computador, por ejemplo en el caso de las vacunas de ARNm contra el coronavirus, las terapias génicas contra el cáncer u otras aplicaciones biotecnológicas. Para probar esos diseños, los científicos fabrican físicamente las cadenas de ADN en el laboratorio. En estos procesos de desarrollo y optimización deben transferir continuamente la información entre archivos digitales y ADN producido físicamente. Ese cambio es engorroso y costoso.

Una memoria de trabajo molecular debería cerrar esa brecha: la información estaría disponible directamente en el «lenguaje» que usan los propios sistemas biológicos, una especie de «RAM para la biología sintética». «Con una memoria de este tipo, los datos se pueden guardar, modificar y volver a leer directamente en forma de ADN durante el proceso de desarrollo y optimización», afirma el profesor Lennart Hilbert, del Instituto de Sistemas Biológicos y Químicos del KIT. En lugar de traducir constantemente entre archivos informáticos y ADN, los investigadores pueden integrar más estrechamente los procesos digitales de diseño y los procesos de trabajo biológicos. Con ello, el desarrollo y la optimización deberían volverse en el futuro más directos, más flexibles y más automatizados.

En el proyecto IDA-ReWrite, los investigadores desarrollan una memoria regrabable: los datos se almacenan en diminutas posiciones de memoria sobre un portaobjetos de vidrio con un gel de ADN que se autoplega. Mediante el calor de un láser infrarrojo se pueden abrir las cadenas de ADN e introducir o eliminar allí la información almacenada. «Así, cada posición puede leerse, borrarse y reescribirse varias veces», dice Hilbert. Un reflejo virtual, un gemelo digital, apoya el diseño y el funcionamiento de la memoria.

Sobre la Carl-Zeiss-Stiftung

La Carl-Zeiss-Stiftung apoya la ciencia y la docencia en las disciplinas STEM (en alemán, MINT): matemáticas, informática, ciencias naturales y tecnología. Como socia de la ciencia de excelencia, crea espacios de libertad para la investigación básica y aplicada. Ernst Abbe fundó la fundación en 1889 en Jena. Hoy es una de las grandes fundaciones privadas de apoyo a la ciencia en Alemania.