Reparar e reutilizar plásticos e distribuir medicamentos contra o câncer de forma mais eficaz são apenas duas das muitas aplicações potenciais que uma nova tecnologia de impressão 3-D / 4-D pode ter, graças ao trabalho pioneiro de uma colaboração de pesquisa entre a UNSW Sydney e a Universidade de Auckland.

Os pesquisadores revelaram a fusão bem-sucedida de impressão 3-D / 4-D e polimerização viva / foto-controlada - um processo químico para criar polímeros - em um artigo publicado em Angewandte Chemie International Edition na sexta.

A impressão 4-D é um subconjunto da impressão 3-D em que o objeto impresso pode transformar sua forma em resposta a certas condições.

O novo método de polimerização controlada, onde os pesquisadores usaram luz visível para criar um plástico ou polímero "vivo" que não agride o meio ambiente, abre um novo mundo de possibilidades para a fabricação de materiais sólidos avançados.

Os polímeros podem ser sintéticos, como plástico, bem como biológico, por exemplo, DNA.

A pesquisa foi desenvolvida com base na descoberta de 2014 do UNSW Sydney Boyer Lab de polimerização PET-RAFT (polimerização por transferência de cadeia de fragmentação por adição reversível / elétron fotoinduzida por transferência), uma nova maneira de fazer polímeros controlados usando luz visível, usando a técnica de polimerização de Transferência de Cadeia de Fragmentação de Adição Reversível (RAFT) descoberta pelo CSIRO (Graeme Moad, San Thang e Enzo Rizzard).

Esses polímeros podem ser reativados para maior crescimento, ao contrário dos polímeros tradicionais que estão "mortos" após serem feitos.

Desde este desenvolvimento, a tecnologia se expandiu e provou ser útil para fazer moléculas bem controladas para muitas aplicações, incluindo a entrega de drogas e outros biomateriais.

Descoberta mundial

O autor principal, Cyrille Boyer, disse que a mais recente descoberta de sua equipe foi a primeira no mundo no desenvolvimento de um novo sistema de impressão 3-D usando polimerização PET-RAFT, para permitir que os materiais impressos 3-D sejam facilmente modificados após a impressão.

"A polimerização controlada nunca foi usada na impressão 3-D e 4-D antes, porque as taxas de processos de polimerização controlados típicos são muito lentas para impressão 3-D / 4-D, onde a reação deve ser rápida para velocidades de impressão práticas, "Prof Boyer disse.

"Depois de dois anos de pesquisa e centenas de experimentos, desenvolvemos um processo rápido compatível com a impressão 3-D.

"Em contraste com a impressão 3-D convencional, nosso novo método de usar luz visível nos permite controlar a arquitetura dos polímeros e ajustar as propriedades mecânicas dos materiais preparados por nosso processo.

"Este novo processo também nos dá acesso à impressão 4-D e permite que o material seja transformado ou funcionalizado, o que não era possível anteriormente. "

Nathaniel Corrigan da UNSW, co-primeiro autor com UNSW Ph.D. candidato Zhiheng Zhang, disse que uma vantagem adicional de seu novo sistema era a capacidade de controlar com precisão todas as moléculas no material impresso em 3-D.

"A impressão 4-D é um subconjunto da impressão 3-D. Mas com a impressão 4-D, o objeto impresso em 3D pode mudar sua forma e propriedades químicas ou físicas e se adaptar ao seu ambiente, "Dr. Corrigan disse.

“No nosso trabalho, o material impresso em 3-D poderia mudar de forma reversível quando exposto à água e depois seco.

"Por exemplo, o objeto 3-D começa como um plano plano e quando exposto a certas condições, ele vai começar a dobrar - esse é um material 4-D. Então, a quarta dimensão é o tempo. "

Da redução de resíduos a aplicações biomédicas

Os pesquisadores estão esperançosos de que seu novo processo de impressão 3-D / 4-D usando polimerização PET-RAFT levará à produção de materiais funcionais para resolver muitos dos problemas que a sociedade enfrenta hoje.

O professor Boyer disse que o novo método tem uma infinidade de aplicações para itens de uso diário - principalmente se um objeto deformado ou quebrado precisar ser consertado ou modificado.

“A principal aplicação, claro, é a reciclagem, porque em vez de usar um objeto de plástico uma vez, pode ser reparado e reutilizado, " ele disse.

"Para a reciclagem normal, você retira os materiais e tem que reconstruí-los, mas para o novo material "vivo", ele será capaz de se consertar.

"Por exemplo, se você quiser colocar o logotipo UNSW em uma caneca, você pode modificar a superfície do objeto e aumentar os polímeros para mostrar UNSW porque o objeto não está morto; é um objeto vivo e pode continuar a crescer e se expandir. "

Dr. Corrigan disse que outro grande benefício do novo processo é sua compatibilidade com a biomedicina, porque condições extremas eram desnecessárias.

"As abordagens atuais de impressão 3-D são normalmente limitadas pelas condições adversas exigidas, como forte luz ultravioleta e produtos químicos tóxicos, que limita seu uso na fabricação de biomateriais, " ele disse.

"Mas com a aplicação da polimerização PET-RAFT à impressão 3-D, podemos produzir longas moléculas de polímero usando luz visível em vez de calor, que é o método de polimerização típico.

"Usar calor acima de 40 graus mata células, mas para a polimerização por luz visível, podemos usar a temperatura ambiente, portanto, a viabilidade das células é muito maior. "

O professor Boyer disse que os objetos feitos por meio desse novo processo poderiam ser mais facilmente usados ​​em bioaplicações avançadas, como engenharia de tecidos, por exemplo, onde uma estrutura de tecido é usada para formar novos, Tecidos viáveis ​​para uso médico.

"Nosso novo método visa a pequena escala, aplicações de nicho em campos como microeletrônica e biomedicina - uma área enorme para nós - que requerem polímeros muito avançados, " ele disse.

Impressão 3-D e 4-D para todos

O professor Boyer disse que sua nova técnica permitiria que operadores comerciais e não especialistas produzissem materiais com propriedades e aplicações aparentemente infinitas.

"Queremos explorar nosso sistema para encontrar e resolver quaisquer limitações para permitir uma melhor compreensão e implementação desta tecnologia, " ele disse.

"Há muito que podemos fazer combinando impressão 3-D e 4-D com polimerização controlada para fazer materiais avançados e funcionais para muitas aplicações em benefício da sociedade."