As partículas microscópicas impressas em 3D, tão pequenas que a olho nu parecem pó, têm aplicações na administração de medicamentos e vacinas, na microeletrónica, na microfluídica e em abrasivos para fabrico complexo. No entanto, a necessidade de uma coordenação precisa entre o fornecimento de luz, o movimento do palco e as propriedades da resina torna difícil o fabrico à escala dessas partículas personalizadas em microescala. Agora, os investigadores da Universidade de Stanford introduziram uma técnica de processamento mais eficiente que pode imprimir até 1 milhão de partículas em microescala altamente detalhadas e personalizáveis por dia.
“Podemos agora criar formas muito mais complexas até à escala microscópica, a velocidades nunca antes demonstradas para o fabrico de partículas, e a partir de uma vasta gama de materiais”, afirmou Jason Kronenfeld, candidato a doutoramento no laboratório DeSimone em Stanford e principal autor do artigo que descreve este processo, publicado hoje na Nature.
Este trabalho baseia-se numa técnica de impressão conhecida como produção contínua de interface líquida, ou CLIP, introduzida em 2015 por DeSimone e colaboradores. A CLIP usa luz UV, projectada em fatias, para curar rapidamente a resina na forma desejada. A técnica baseia-se numa janela permeável ao oxigénio por cima do projetor de luz UV. Isto cria uma “zona morta” que impede a cura da resina líquida e a sua aderência à janela. Como resultado, as características delicadas podem ser curadas sem rasgar cada camada de uma janela, levando a uma impressão de partículas mais rápida.
“A utilização da luz para fabricar objectos sem moldes abre um horizonte totalmente novo no mundo das partículas”, afirmou Joseph DeSimone, Professor Sanjiv Sam Gambhir de Medicina Translacional na Stanford Medicine e autor correspondente do artigo. “E pensamos que fazê-lo de uma forma escalável conduz a oportunidades de utilização destas partículas para impulsionar as indústrias do futuro. Estamos entusiasmados com o rumo que isto pode tomar e com o fato de outros poderem utilizar estas ideias para fazer avançar as suas próprias aspirações”.
De rolo em rolo
O processo que estes investigadores inventaram para produzir em massa partículas de forma única, mais pequenas do que a largura de um cabelo humano, faz lembrar uma linha de montagem. Começa com uma película que é cuidadosamente tensionada e depois enviada para a impressora CLIP. Na impressora, são impressas centenas de formas de uma só vez na película e, em seguida, a linha de montagem avança para lavar, curar e remover as formas – passos que podem ser personalizados com base na forma e no material envolvidos. No final, a película vazia é enrolada de novo, dando a todo o processo o nome de CLIP rolo-a-rolo, ou r2rCLIP. Antes do r2rCLIP, um lote de partículas impressas teria de ser processado manualmente, um processo lento e trabalhoso. A automatização do r2rCLIP permite agora taxas de fabrico sem precedentes de até 1 milhão de partículas por dia.
Se isto soa a uma forma familiar de fabrico, é porque é intencional.
“Não se compram coisas que não se podem fabricar”, disse DeSimone, que também é professor de engenharia química na Escola de Engenharia. “As ferramentas que a maioria dos investigadores utiliza são ferramentas para fazer protótipos e bancos de ensaio, e para provar pontos importantes. O meu laboratório faz ciência de fabrico translacional – desenvolvemos ferramentas que permitem a escala. Este é um dos grandes exemplos do que esse foco significou para nós”.
Na impressão 3D, a resolução e a velocidade são fatores de compromisso. Por exemplo, outros processos de impressão 3D podem imprimir muito mais pequeno – à escala nanométrica – mas são mais lentos. E, como é óbvio, a impressão 3D macroscópica já ganhou terreno (literalmente) no fabrico em massa, sob a forma de sapatos, artigos domésticos, peças de máquinas, capacetes de futebol, dentaduras, aparelhos auditivos e muito mais. Este trabalho aborda oportunidades entre esses mundos.
“Estamos a navegar num equilíbrio preciso entre velocidade e resolução”, disse Kronenfeld. “A nossa abordagem é distintamente capaz de produzir resultados de alta resolução, preservando ao mesmo tempo o ritmo de fabrico necessário para atingir os volumes de produção de partículas que os especialistas consideram essenciais para várias aplicações. As técnicas com potencial de impacto translacional devem ser viáveis e adaptáveis desde a escala do laboratório de investigação até à escala da produção industrial.”
Duro e macio
Os investigadores esperam que o processo r2rCLIP seja amplamente adotado por outros investigadores e pela indústria. Para além disso, DeSimone acredita que a impressão 3D como campo está evoluindo rapidamente para além das questões sobre o processo e para ambições sobre as possibilidades.
“O r2rCLIP é uma tecnologia fundamental”, afirmou DeSimone. “Mas acredito que estamos agora a entrar num mundo centrado nos produtos 3D em si, mais do que no processo. Estes processos estão tornando-se claramente valiosos e úteis. E agora a questão é: quais são as aplicações de alto valor””
Por seu lado, os investigadores já experimentaram produzir partículas duras e moles, feitas de cerâmica e de hidrogéis. A primeira poderá ter aplicações no fabrico de microeletrónica e a segunda na administração de medicamentos no corpo.
“Há uma vasta gama de aplicações e estamos apenas a começar a explorá-las”, disse Maria Dulay, investigadora principal do laboratório DeSimone e coautora do artigo. “É extraordinário o ponto em que nos encontramos com esta técnica”.
Publicado em 27/03/2024 14h14
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