Escrita direta com tinta de estruturas de celulose de alta resolução
(a) A imagem SEM da estrutura em forma de cruz impressa em 3D com mais de 300 camadas. (b) A largura da fibra da camada superior é de 4,5 µm. A estrutura impressa com capilar longo cônico 3–9 e tinta com 10% (50 kDa). Crédito:Relatórios Científicos , doi:10.1038/s41598-023-49128-8 A impressão tridimensional (3D) tem um papel significativo na produção de membranas para purificação de água e bioseparação, com capacidade para criar estruturas novas e inteligentemente projetadas.
Dentre os métodos de impressão 3D disponíveis, a estratégia de escrita direta com tinta oferece um processo para imprimir uma ampla variedade de materiais com alta resolução. Em um novo relatório agora publicado na Scientific Reports , Farnaz Rezaei e uma equipe de pesquisadores da Universidade de Uppsala, Suécia, usaram acetato de celulose como material de tinta biocompatível.
Os pesquisadores observaram a capacidade de impressão e a possibilidade de imprimir características tão pequenas quanto alguns micrômetros para examinar o desenvolvimento do acetato de celulose com pesos moleculares variados. Os diâmetros interno e externo do bico afetaram a resolução detalhada da estrutura impressa. Os pesquisadores usaram tintas diferentes para resultar em diferentes larguras de fios impressos e concluíram com sucesso a escrita direta com estruturas de celulose de alta resolução. Vista do capilar na microforja. O lado esquerdo da imagem mostra o capilar. A distância entre cada marca na escala é de 3 µm. Crédito:Relatórios Científicos , doi:10.1038/s41598-023-49128-8 Fabricação aditiva
A impressão 3D ou os métodos de fabricação aditiva facilitam o desenvolvimento de estruturas 3D complexas por meio da deposição camada por camada de materiais em um substrato selecionado, usando métodos de projeto auxiliados por computador. O método mostrou sua capacidade de produzir estruturas com geometrias intricadas bem reguladas, de oferecer diversas vantagens além da biofabricação convencional e de formar geometrias complexas.
A desenvoltura econômica é uma vantagem adicional do método. Esses métodos são aplicáveis em uma variedade de campos, incluindo distribuição de medicamentos, microfluídica e sistemas de separação, adequados para tratamento de águas residuais, dispositivos biomédicos e cromatografia de membrana.
A demanda por detalhes de alta resolução, entretanto, limitou o uso da manufatura aditiva. A escrita direta fornece um método baseado em dispersão para depositar o material de tinta desejado através de um bico em um substrato e fornece uma série de materiais imprimíveis, incluindo polímeros, hidrogéis, cerâmicas e metais. Configuração da impressora de escrita com tinta direta. Crédito:Relatórios Científicos , doi:10.1038/s41598-023-49128-8 Escrita direta com tinta com acetato de celulose
A celulose tem atraído muita atenção como matéria-prima legítima para aplicações de impressão 3D devido ao seu excelente desempenho. Os cientistas escolheram a celulose neste trabalho devido à sua natureza renovável, degradável e abundante. A celulose também é um polímero bioativo, com aplicações mais amplas.
Rezaei e colegas estudaram as estruturas da membrana, incluindo propriedades de umedecimento, composição da tinta e diâmetro do bico que afetaram o processo de impressão durante este estudo. Eles exploraram a influência das dimensões do bico, que incluíam as dimensões internas e externas, para estudar a possibilidade de imprimir estruturas com resolução de detalhes em nível de mícron.
Eles usaram capilares de vidro borossilicato para preparar os bicos, formularam a tinta para encher a seringa e configuraram a impressão para criar padrões, incluindo estruturas de teste seguidas da caracterização do ângulo de contato das tintas e do exame delas com microscopia eletrônica de varredura.
O desempenho da tinta
Para explorar o efeito da impressão com capilares de diversos diâmetros, a equipe imprimiu tinta de acetato de celulose a 10% em um substrato de vidro não revestido para investigar o fenômeno.
Ao estudar as diversas proporções de tinta, eles alcançaram printabilidade e resolução variadas e, em seguida, examinaram os mecanismos de regulação do tamanho das estruturas impressas. Por exemplo, a escrita direta com tinta incluía umedecimento entre a tinta e as superfícies, influenciando o processo de impressão.
Para estudar a influência dos fatores que regulam o tamanho dos fios impressos, os cientistas examinaram a molhabilidade das tintas incluindo diversas quantidades de acetato de celulose em substratos de vidro revestidos e não revestidos.
Durante a escrita direta com tinta, o umedecimento entre a tinta e as superfícies dos materiais influenciava o processo de impressão. Rezaei e sua equipe estudaram as estruturas da tinta para projetar arquiteturas e observaram a capacidade de diversos padrões de impressão para criar uma parede ou uma ponte.
(a) Estrutura um; estruturas cúbicas e em forma de cruz (b) estrutura dois; linhas paralelas em padrão retangular (c) Estrutura três; mudança entre camadas. Crédito:Relatórios Científicos , doi:10.1038/s41598-023-49128-8
A ilustração mostra o passo, a distância entre fios e a largura do fio. Crédito:Relatórios Científicos , doi:10.1038/s41598-023-49128-8
Perspectiva
Dessa forma, Farnaz Rezaei e colegas mostraram a possibilidade de construir estruturas de acetato de celulose de até 300 camadas com método de escrita direta com tinta. Os cientistas obtiveram alta resolução de detalhes regulando as dimensões do bico e os parâmetros de impressão, bem como o peso molecular e as concentrações de acetato de celulose na tinta.
A equipe notou que as propriedades de umedecimento da tinta no substrato e no bico, em combinação com a composição da tinta, influenciam a largura do fio. Ao imprimirem estruturas tipo membrana e fios soltos obtiveram larguras semelhantes ou menores que o diâmetro interno do bocal. Para alcançar a resolução desejada, os pesquisadores exploraram velocidades de impressão em várias direções para manter tempos de impressão estendidos para estruturas maiores.
Para trabalhos futuros, a equipe propõe explorar o design de bicos múltiplos em conjunto com a impressão a jato de tinta para aumentar a velocidade de impressão.
Mais informações: Farnaz Rezaei et al, Escrita direta com tinta de estruturas de celulose de alta resolução, Relatórios Científicos (2023). DOI:10.1038/s41598-023-49128-8 Informações do diário: Relatórios Científicos
