Impressão 3D em nanoescala pode realizar sonho da nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica -  05/04/2019

A equipe já demonstrou também a microimpressão para a criação de suportes para o crescimento de tecidos celulares vivos.[Imagem: Martin Bastmeyer/KIT]

Nanofabricação aditiva

Quando começou a produzir os primeiros protótipos ainda toscos, há poucos anos, poucos esperavam que a impressão 3D se tornasse o fundamento da Quarta Revolução Industrial.

Menos ainda apostariam que ela chegaria a ponto de viabilizar um dos grandes sonhos da nanotecnologia: A fabricação de produtos a partir de átomos e moléculas.

Este é o objetivo de um esforço de pesquisa e desenvolvimento que começou a funcionar no Instituto de Tecnologia Karlsruhe e na Universidade de Heidelberg, na Alemanha.

"Este é o ponto de partida do nosso cluster. Planejamos digitalizar completamente a fabricação 3D e o processamento de materiais, das moléculas até a macroestrutura e desenvolver novas tecnologias de fabricação para aplicações concretas," anunciou o professor Martin Wegener, líder do projeto.

O objetivo final é a construção de uma impressora 3D de mesa que não exija condições especiais de laboratório ou uma sala limpa para fazer a microfabricação de baixo para cima, ou seja, das moléculas até o objeto 3D em macroescala.

"Nós queremos abrir aplicações científicas até agora inacessíveis para uso em casa e para permitir a impressão 3D com o apertar de um botão," disse Wegener.

A impressão 3D colorida é outro trunfo criado pela equipe. [Imagem: Alexander W. Powell et al. - 10.1021/acs.nanolett.8b01164]

Impressão 3D em nanoescala

Para miniaturizar a impressão 3D, a equipe está trabalhando em três linhas interconectadas. Na área de "Tecnologias", o foco são novas impressoras desenvolvidas para produzir estruturas de até 10 nanômetros, ou seja, nas mesmas dimensões com que trabalha hoje a indústria microeletrônica.

As novas ferramentas e técnicas deverão permitir uma impressão mais rápida e mais precisa com diferentes "tintas" e fotorresistes desenvolvidos na área de "Materiais Moleculares", a segunda linha de pesquisas. E esses materiais artificiais ajustáveis deverão ter um amplo espectro de propriedades e intercompatibilidade, para que possam ser combinados.

A terceira área, de "Aplicativos", cobrirá a parte tecnológica. Aqui, o foco está na óptica e na fotônica, nas ciências dos materiais e nas ciências da vida, uma vez que as estruturas impressas em 3D deverão atender a necessidades de áreas tão diversas quanto o desempenho dos chips ópticos no processamento de informações ou a fabricação de retinas artificiais.

"Para aplicação em biologia, por exemplo, precisamos de materiais que sejam degradáveis sob condições fisiológicas ao pressionar de um botão, por assim dizer. E precisamos de materiais condutores que possam ser impressos em três dimensões com precisão nanométrica," exemplificou Uwe Bunz, outro membro do consórcio.

A equipe vem aprimorando aos poucos sua técnica de impressão de micro e nano-estruturas. [Imagem: Nanoscribe]

Primeiros protótipos

E a equipe não tem só planos: Eles já têm vários desenvolvimentos em sua carteira. Alguns podem ser vistos nas imagens.

Outro avanço é um sistema para fabricação aditiva de recursos de segurança fluorescentes multicoloridos em três dimensões, para serem usados para proteger notas, passaportes e produtos de marca contra falsificação. A base é a litografia a laser em 3D, na qual um feixe de laser passa através de um fotorresiste líquido e endurece o material apenas no ponto focal do feixe de laser. Graças a uma câmara microfluídica desenvolvida pela equipe e integrada no dispositivo de litografia, torna-se possível imprimir com uma variedade de materiais. Em outras palavras, um único aparelho pode imprimir micro e nano-estruturas tridimensionais a partir de diversos materiais em um processo de uma única etapa.

Um último exemplo é um sistema capaz de produzir estruturas tridimensionais a partir de hidrogéis que mudam de forma sob influência da temperatura ou da luz. As estruturas 3D produzidas dessa maneira são funcionais em ambientes aquosos e, portanto, ideais para aplicações em biologia e biomedicina.

• Replicador: Impressora 3D fabrica objetos inteiros usando luz