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Caso de estudio

Impresión en 3D de cartuchos personalizados para chips SERS en PicoFoundry


Impresora 3D Stratasys en PicoFoundry

Comparativa: Impresión 3D LCD frente a DLP

Hemos impreso en pantallas LCD y DLP para que puedas comprobar por ti mismo cómo se comparan una al lado de la otra.

Perfil del cliente

Fundada en 2018 por profesores y antiguos alumnos del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST), PicoFoundry es una empresa innovadora que está llamando la atención en el ámbito de la «Deep Tech». PicoFoundry ha comercializado con éxito un chip de espectroscopia Raman mejorada en superficie (SERS) utilizando su tecnología patentada de «impresión por nanotransferencia térmica».

La tecnología SERS permite la detección rápida y precisa de sustancias en trazas, lo que la convierte en una opción muy prometedora en diversos campos, como la seguridad alimentaria, la vigilancia medioambiental y el diagnóstico precoz de enfermedades. PicoFoundry fue la primera empresa del mundo en producir en serie con éxito chips SERS utilizando la tecnología de impresión por transferencia. En 2020, inició las ventas comerciales y, en la actualidad, suministra productos a más de 70 institutos de investigación y empresas de todo el mundo, consolidándose como líder indiscutible del mercado en este ámbito.

Diagram of SERS chip production

Reto

Aunque el chip SERS de PicoFoundry era técnicamente avanzado, se enfrentaba a importantes retos a la hora de ampliar su comercialización. Esto se debe a que ni siquiera los chips SERS de alta precisión pueden ser utilizados de inmediato por los usuarios finales en entornos experimentales.

Para maximizar el rendimiento del chip y mejorar la comodidad del usuario, es esencial contar con un cartucho resistente, que proteja el chip y lo fije con precisión al equipo analítico. El problema era que cada cliente utilizaba un equipo de espectroscopia Raman diferente, por lo que PicoFoundry necesitaba desarrollar una amplia gama de cartuchos a medida para cumplir con las distintas especificaciones.

Durante la fase inicial de entrada en el mercado, la fabricación de numerosos tipos de cartuchos en pequeñas cantidades planteaba dificultades económicas al utilizar el moldeo por inyección tradicional. Solo la fabricación de los moldes puede costar decenas de miles de dólares y llevar varios meses, lo que supone una barrera importante para las empresas emergentes, en las que las iteraciones rápidas de diseño y las pruebas de mercado son fundamentales. El mecanizado CNC también tiene limitaciones: es menos adecuado para crear estructuras internas complejas y presenta el inconveniente añadido de unos elevados costes de producción.

Examples of chips

Antes de la llegada de las impresoras 3D, modificar el diseño de los cartuchos resultaba prácticamente imposible, pero ahora es posible crear y evaluar muestras en tiempo real. La impresión 3D ofrece un alto grado de libertad en el diseño a medida, lo que permite optimizar el diseño según el tamaño del chip SERS deseado por el cliente y el equipo espectroscópico utilizado, lo que a su vez permite una producción personalizada y precisa adaptada al uso previsto.

Impacto

Desde que implantó las soluciones de impresión 3D de Stratasys, PicoFoundry ha experimentado importantes mejoras en la velocidad de desarrollo de productos y en la flexibilidad de diseño, al tiempo que ha ampliado su cartera de productos con una gama de tipos de cartuchos. Anteriormente, la creación de nuevos prototipos mediante la modificación de los diseños de los cartuchos requería mucho tiempo y suponía un coste considerable. Ahora, los diseños necesarios pueden imprimirse y probarse de inmediato. El ciclo de desarrollo se ha acortado considerablemente gracias a la producción de muestras que reflejan los cambios de diseño en tiempo real, así como a la identificación inmediata de problemas y la elaboración de planes de mejora. Esta capacidad de prototipado rápido redujo significativamente el tiempo de desarrollo de los productos y proporcionó una mayor flexibilidad a la hora de responder a los cambios de diseño. Mediante la validación repetida de los prototipos fabricados con una impresora 3D, el equipo ha podido superar de forma creativa las limitaciones de diseño, mejorando tanto la integridad como la fiabilidad del producto final. Basándose en estas capacidades de desarrollo, PicoFoundry ha establecido con éxito tres líneas principales de cartuchos, que responden a las diversas necesidades del mercado.

  • Cartucho con múltiples chips SERS: esta plataforma está equipada con un total de 96 chips dispuestos en una matriz de 12 x 8, lo que permite el análisis simultáneo de un gran número de muestras. Está optimizada para aplicaciones de alto rendimiento, como el desarrollo de nuevos fármacos y el control de calidad, lo que maximiza la eficiencia experimental.
  • Cartucho con un único chip SERS: un módulo compacto equipado con un solo chip. Se combina con un espectrómetro Raman portátil y se utiliza para el diagnóstico sobre el terreno. Su facilidad de uso lo hace muy útil en ámbitos que requieren un análisis inmediato, como la medicina, el medio ambiente y la seguridad alimentaria.
  • Cartucho de rejilla de nanocanales: Se trata de un producto de gama alta que maximiza la eficiencia de amplificación de la señal Raman al combinar una estructura de nanorrejilla fina con canales microfluídicos. Ofrece el mejor rendimiento en los campos de los biosensores y el análisis de precisión que requieren la detección de sustancias en trazas ultramicroscópicas.
SERS chips in packaging

Conclusión

PicoFoundry se está consolidando rápidamente como líder en el mercado de cartuchos de chips SERS, gracias a su principal motor: las soluciones de impresión 3D de Stratasys. Pero la visión de PicoFoundry va más allá. En el futuro, tenemos previsto ampliar el ámbito de aplicación de la tecnología de impresión 3D a la producción de diversas plantillas y accesorios utilizados durante la fase de investigación y desarrollo, lo que acelerará aún más el desarrollo de nuevas plataformas. Nuestro objetivo a largo plazo es desarrollar una plataforma de medición compacta e integrada que pueda fabricarse en un único proceso mediante una impresora 3D, incorporando el sensor SERS, el chipset e incluso estructuras internas complejas. A través de estos esfuerzos, PicoFoundry aspira a ir más allá de su condición de fabricante de chips para convertirse en una empresa de plataformas integrales, que ofrezca a los clientes soluciones de detección totalmente personalizadas.