Partículas microscópicas impressas em 3D têm aplicações na distribuição de medicamentos e vacinas, microeletrônica, microfluídica e abrasivos para fabricação complexa. No entanto, de acordo com uma pesquisa recente de Stanford, a necessidade de coordenação precisa entre a distribuição de luz, o movimento do palco e as propriedades da resina torna um desafio a fabricação escalonável de tais partículas em microescala personalizadas. Os pesquisadores agora introduziram uma técnica de processamento mais eficiente que pode imprimir até 1 milhão de partículas em microescala altamente detalhadas e personalizáveis por dia. A pesquisa foi publicada na Nature.
“Agora podemos criar formas muito mais complexas até a escala microscópica, em velocidades que não foram demonstradas anteriormente para a fabricação de partículas e a partir de uma ampla gama de materiais”, disse Jason Kronenfeld, Ph.D. candidato no laboratório DeSimone em Stanford e autor principal do artigo que detalha esse processo.
Este trabalho baseia-se em uma técnica de impressão conhecida como produção contínua de interface líquida, ou CLIP, introduzida em 2015 por DeSimone e colegas de trabalho. CLIP utiliza luz UV, projetada em fatias, para curar rapidamente a resina no formato desejado. A técnica depende de uma janela permeável ao oxigênio acima do projetor de luz UV. Isso cria uma “zona morta” que evita que a resina líquida cure e grude na janela. Como resultado, características delicadas podem ser curadas sem rasgar cada camada de uma janela, levando a uma impressão de partículas mais rápida.
“Usar a luz para fabricar objetos sem moldes abre um horizonte totalmente novo no mundo das partículas”, disse Joseph DeSimone, professor Sanjiv Sam Gambhir em Medicina Translacional na Stanford Medicine e autor correspondente do artigo. “E acreditamos que fazê-lo de forma escalonável leva a oportunidades de utilização destas partículas para impulsionar as indústrias do futuro. Estamos entusiasmados com o que isso pode levar e onde outros podem usar essas ideias para promover suas próprias aspirações.”
Rolo a rolo
O processo que esses pesquisadores inventaram para produzir em massa partículas microscópicas de formato único, menores que a largura de um fio de cabelo humano, lembra uma linha de montagem. Começa com um filme que é cuidadosamente tensionado e depois enviado para a impressora CLIP. Na impressora, centenas de formas são impressas de uma só vez no filme e, em seguida, a linha de montagem avança para lavar, curar e remover as formas – etapas que podem ser personalizadas com base na forma e no material envolvido.
Ao final, o filme vazio é enrolado novamente, dando a todo o processo o nome de CLIP rolo a rolo, ou r2rCLIP. Antes do r2rCLIP, um lote de partículas impressas precisaria ser processado manualmente em um processo lento e trabalhoso. A automação do r2rCLIP agora permite taxas de fabricação sem precedentes de até 1 milhão de partículas por dia.
“Você não compra coisas que não pode fabricar”, disse DeSimone, que também é professor de engenharia química na Escola de Engenharia. “As ferramentas que a maioria dos pesquisadores utiliza são ferramentas para fazer protótipos e bancos de testes, e para comprovar pontos importantes. Meu laboratório faz ciência de manufatura translacional – desenvolvemos ferramentas que permitem escala. Este é um dos grandes exemplos do que esse foco significou para nós.”
Existem compensações na impressão 3D entre resolução e velocidade. Por exemplo, outros processos de impressão 3D podem imprimir muito menores – na escala nanométrica – mas são mais lentos. A impressão macroscópica 3D já ganhou espaço na fabricação em massa, na forma de calçados, utensílios domésticos, peças de máquinas, capacetes de futebol, dentaduras, aparelhos auditivos e muito mais. Este trabalho aborda oportunidades entre esses mundos.
“Estamos navegando em um equilíbrio preciso entre velocidade e resolução”, disse Kronenfeld. “Nossa abordagem é distintamente capaz de produzir resultados de alta resolução, preservando ao mesmo tempo o ritmo de fabricação necessário para atender aos volumes de produção de partículas que os especialistas consideram essenciais para diversas aplicações. As técnicas com potencial de impacto translacional devem ser adaptáveis de forma viável desde a escala do laboratório de pesquisa até a da produção industrial.”
Duro e macio
Os pesquisadores esperam que o processo r2rCLIP seja amplamente adotado por outros pesquisadores e pela indústria. Além disso, DeSimone acredita que a impressão 3D como um campo está evoluindo rapidamente, passando por questões sobre o processo e em direção a ambições sobre as possibilidades. “r2rCLIP é uma tecnologia fundamental”, disse DeSimone. “Mas acredito que agora estamos entrando em um mundo focado mais nos produtos 3D do que no processo. Esses processos estão se tornando claramente valiosos e úteis. E agora a questão é: quais são as aplicações de alto valor?”
Por sua vez, os pesquisadores de Stanford já fizeram experiências com a produção de partículas microscópicas duras e moles, feitas de cerâmica e de hidrogéis. O primeiro poderia ter aplicações na fabricação de microeletrônica e o último na distribuição de medicamentos no corpo. “Há uma grande variedade de aplicações e estamos apenas começando a explorá-las”, disse Maria Dulay, pesquisadora sênior do laboratório DeSimone e coautora do artigo. “É extraordinário o ponto em que chegamos com esta técnica”. Para saber mais sobre a pesquisa acesse o site.
