Fábrica nanotecnológica: Nanofabricação agora em linha de produção

O logotipo do laboratório impresso em 3D, apresentando uma geometria de fulereno para demonstrar a capacidade do sistema de produzir formas complexas e não moldáveis.
[Imagem: DeSimone Research Group/SEM:Stanford Nano Shared Facilities]

Fordismo na nanotecnologia

Partículas microscópicas impressas em 3D, tão pequenas que a olho nu parecem poeira, têm amplas aplicações, da distribuição de medicamentos e vacinas à microeletrônica, microfluídica e até abrasivos.

No entanto, a fabricação em larga escala de partículas nessas dimensões tem tropeçado em múltiplas dificuldades tecnológicas. Nessas dimensões não é viável usar moldes, então normalmente se utilizam técnicas baseadas em luz ultravioleta para curar os objetos. Mas isso exige uma coordenação precisa entre a distribuição da luz, o movimento da base onde as partículas são criadas e as propriedades da resina usada.

Agora, pesquisadores da Universidade de Stanford, nos EUA, apresentaram uma técnica de processamento mais eficiente que consegue imprimir até 1 milhão de micropartículas altamente detalhadas e personalizáveis por dia. É praticamente um "fordismo nanotecnológico".

"Agora podemos criar formas muito mais complexas até à escala microscópica, a velocidades que não foram demonstradas anteriormente para a fabricação de partículas e a partir de uma vasta gama de materiais," disse o pesquisador Jason Kronenfeld.

A inovação é uma melhoria de uma técnica desenvolvida anteriormente pela equipe, chamada CLIP, sigla em inglês para produção contínua em interface líquida, na qual uma luz ultravioleta (UV) é projetada em fatias para curar rapidamente a resina no formato desejado.

Esquema e protótipo da linha de produção para nanotecnologia.
[Imagem: Jason M. Kronenfeld et al. - 10.1038/s41586-024-07061-4]

Linha de produção para nanotecnologia

A técnica CLIP 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.

Agora a equipe incorporou essa técnica em uma linha de produção, uma linha de produção nanotecnológica baseada em luz.

Tudo 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 os objetos - essas etapas 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, cada lote de partículas impressas precisava ser processado manualmente, um processo lento e trabalhoso. A automação do r2rCLIP agora permite taxas de fabricação sem precedentes, de até 1 milhão de partículas por dia.

"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. Técnicas com potencial de impacto translacional devem ser adaptáveis de forma viável desde a escala do laboratório de pesquisa até a de produção industrial."

Os pesquisadores esperam que sua linha de produção nanotecnológica seja amplamente adotada por outros pesquisadores e pela indústria.

Bibliografia:
Artigo: Roll-to-roll, high-resolution 3D printing of shape-specific particles
Autores: Jason M. Kronenfeld, Lukas Rother, Max A. Saccone, Maria T. Dulay, Joseph M. DeSimone
Revista: Nature
Vol.: 627, pages 306-312
DOI: 10.1038/s41586-024-07061-4

Fonte: