Na impressão acustoforética, as ondas sonoras geram uma força controlável que puxa cada gota do bocal quando atinge um tamanho específico e a ejeta em direção ao alvo de impressão - muito parecido com colher maçãs de uma árvore! Crédito:Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Universidade de Harvard
Pesquisadores da Universidade de Harvard desenvolveram um novo método de impressão que usa ondas sonoras para gerar gotículas de líquidos com uma faixa de composição e viscosidade sem precedentes. Essa técnica poderia finalmente permitir a fabricação de muitos novos biofármacos, cosméticos, e alimentos e ampliar as possibilidades de materiais ópticos e condutores.
"Aproveitando as forças acústicas, criamos uma nova tecnologia que permite que uma miríade de materiais seja impressa sob demanda, "disse Jennifer Lewis, o professor Hansjorg Wyss de Engenharia com inspiração biológica na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson e o autor sênior do artigo.
Lewis também é um membro do corpo docente do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering e Jianming Yu Professor de Artes e Ciências em Harvard.
A pesquisa é publicada em Avanços da Ciência .
Gotículas de líquido são usadas em muitas aplicações, desde a impressão de tinta em papel até a criação de microcápsulas para administração de medicamentos. A impressão a jato de tinta é a técnica mais comum usada para padronizar gotas de líquido, mas só é adequado para líquidos que são cerca de 10 vezes mais viscosos que a água. Mesmo assim, muitos fluidos de interesse dos pesquisadores são muito mais viscosos. Por exemplo, soluções de biopolímero e carregadas de células, que são vitais para biofármacos e bioimpressão, são pelo menos 100 vezes mais viscosos que a água. Alguns biopolímeros à base de açúcar podem ser tão viscosos quanto o mel, que é 25, 000 vezes mais viscoso que a água.
A viscosidade desses fluidos também muda dramaticamente com a temperatura e composição, torna ainda mais difícil otimizar os parâmetros de impressão para controlar o tamanho das gotas.
"Nosso objetivo era eliminar a viscosidade da imagem, desenvolvendo um sistema de impressão independente das propriedades do material do fluido, "disse Daniele Foresti, primeiro autor do artigo, o Branco Weiss Fellow e Pesquisador Associado em Ciência dos Materiais e Engenharia Mecânica do SEAS e do Wyss Institute.
Fazer isso, os pesquisadores se voltaram para as ondas acústicas.
Graças à gravidade, qualquer líquido pode pingar - desde água escorrendo de uma torneira até o experimento de queda de pitch, que já durou um século. Com a gravidade sozinha, o tamanho da gota permanece grande e a taxa de gota difícil de controlar. Tom, que tem uma viscosidade de cerca de 200 bilhões de vezes a da água, forma uma única gota por década.
Para melhorar a formação de gotas, a equipe de pesquisa depende da geração de ondas sonoras. Essas ondas de pressão têm sido normalmente usadas para desafiar a gravidade, como no caso da levitação acústica. Agora, os pesquisadores estão usando-os para auxiliar a gravidade, dobrando esta nova técnica de impressão acustoforética.
Ao controlar a posição alvo, as gotas ejetadas podem ser cuidadosamente depositadas e padronizadas em qualquer lugar. Neste exemplo, gotas de mel são padronizadas em um substrato de vidro. Crédito:Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Universidade de Harvard
Os pesquisadores construíram um ressonador acústico de sub comprimento de onda que pode gerar um campo acústico altamente confinado, resultando em uma força de tração superior a 100 vezes as forças gravitacionais normais (1 G) na ponta do bico da impressora - que é mais de quatro vezes a força gravitacional na superfície do sol.
Essa força controlável puxa cada gota do bico quando atinge um tamanho específico e a ejeta em direção ao alvo de impressão. Quanto maior a amplitude das ondas sonoras, quanto menor o tamanho da gota, independentemente da viscosidade do fluido.
“A ideia é gerar um campo acústico que desprenda literalmente minúsculas gotículas do bocal, muito parecido com pegar maçãs de uma árvore, "disse Foresti.
Os pesquisadores testaram o processo em uma ampla gama de materiais, de mel a tintas de células-tronco, biopolímeros, resinas ópticas e, até, metais líquidos. Mais importante, ondas sonoras não viajam através da gota, tornando o método seguro para uso, mesmo com cargas biológicas sensíveis, como células vivas ou proteínas.
“Nossa tecnologia deve ter um impacto imediato na indústria farmacêutica, "disse Lewis." No entanto, acreditamos que esta se tornará uma plataforma importante para vários setores. "
"Este é um exemplo requintado e impactante da amplitude e alcance da pesquisa colaborativa, "disse Dan Finotello, diretor do programa MRSEC da NSF. "Os autores desenvolveram uma nova plataforma de impressão usando forças acústicas, que, ao contrário de outros métodos, são independentes de material e, portanto, oferecem versatilidade de impressão tremenda. O espaço do aplicativo é ilimitado. "
