Em um design que imita uma textura difícil de duplicar de conchas de estrelas do mar, Os engenheiros da Universidade de Michigan fizeram cristais arredondados sem facetas.

"Nós os chamamos de nanolobos. Eles se parecem com pequenos balões de ar quente que estão subindo da superfície, "disse Olga Shalev, doutoranda em ciência e engenharia de materiais que atuou no projeto.

Tanto a forma dos nanolobos quanto a maneira como são feitos têm aplicações promissoras, dizem os pesquisadores. A geometria pode ser potencialmente útil para guiar a luz em LEDs avançados, células solares e superfícies não reflexivas.

Uma camada pode ajudar um material a repelir água ou sujeira. E o processo usado para fabricá-los - impressão a jato de vapor orgânico - pode servir para medicamentos de impressão 3D que absorvem melhor pelo corpo e tornam a dosagem personalizada possível.

As formas em nanoescala são feitas de cloreto de subftalocianina de boro, um material freqüentemente usado em células solares orgânicas. Está em uma família de pequenos compostos moleculares que tendem a fazer filmes planos ou cristais facetados com bordas afiadas, diz Max Shtein, Professor associado de ciência e engenharia de materiais da U-M, ciência macromolecular e engenharia, engenheiro químico, e arte e design.

"Em meus anos de trabalho com esses tipos de materiais, Nunca vi formas como essas. Eles são uma reminiscência do que você obtém de processos biológicos, "Shtein disse." A natureza às vezes pode produzir cristais que são lisos, mas os engenheiros não conseguiram fazer isso de maneira confiável. "

As criaturas marinhas do equinoderma, como as estrelas frágeis, têm estruturas arredondadas ordenadas em seus corpos que funcionam como lentes para reunir luz em seus olhos rudimentares. Mas em um laboratório, cristais compostos dos mesmos minerais tendem a ser facetados com faces planas e ângulos agudos, ou suave, mas sem ordem molecular.

Os pesquisadores da U-M fizeram os cristais curvos por acidente há vários anos. Desde então, eles traçaram seus passos e descobriram como fazer isso de propósito.

Em 2010, Shaurjo Biswas, em seguida, um estudante de doutorado na U-M, estava fabricando células solares com a impressora a jato de vapor orgânico. Ele estava recalibrando a máquina depois de alternar entre os materiais. Parte do processo de recalibração envolve dar uma olhada de perto nas novas camadas de material, de filmes, impresso em um prato.

Biswas radiografou vários filmes de diferentes espessuras para observar a estrutura do cristal. Ele notou que o cloreto de subftalocianina de boro, que normalmente não forma formas ordenadas, começou a fazê-lo quando o filme ficou mais espesso que 600 nanômetros. Ele fez alguns filmes mais grossos para ver o que aconteceria.

"Inicialmente, nos perguntamos se nosso aparelho estava funcionando corretamente, "Shtein disse.

Com 800 nanômetros de espessura, o padrão nanolóbio repetido emergia todas as vezes.

Por um longo tempo, as bolhas eram curiosidades de laboratório. Os pesquisadores estavam focados em outras coisas. Então, o estudante de doutorado Shalev se envolveu. Ela ficou fascinada com as estruturas e queria entender a razão do fenômeno. Ela repetiu os experimentos em um aparelho modificado que dava mais controle sobre as condições para variá-las sistematicamente.

Shalev colaborou com o professor de física Roy Clarke para obter uma melhor compreensão da cristalização, e o professor de engenharia mecânica Wei Lu para simular a evolução da superfície. Ela é a primeira autora de um artigo sobre as descobertas publicado na edição atual da Nature Communications .

"Até onde sabemos, nenhuma outra tecnologia pode fazer isso, "Shalev disse.

O processo de impressão a jato de vapor orgânico que os pesquisadores usam é uma técnica que Shtein ajudou a desenvolver quando estava na faculdade. Ele o descreve como pintura em spray, mas com um gás em vez de um líquido. É mais barato e mais fácil de fazer para determinados aplicativos do que abordagens concorrentes que envolvem estênceis ou só podem ser feitas no vácuo, Shtein diz. Ele está especialmente esperançoso quanto às perspectivas dessa técnica para o avanço dos conceitos farmacêuticos impressos em 3D emergentes.

Por exemplo, Shtein e Shalev acreditam que este método oferece uma maneira precisa de controlar o tamanho e a forma das partículas do medicamento, para uma absorção mais fácil no corpo. Também pode permitir que drogas sejam fixadas diretamente a outros materiais e não requer solventes que possam introduzir impurezas.