A integração de memória mecânica na forma de molas tem provado há centenas de anos ser uma tecnologia chave para dispositivos mecânicos (como relógios), alcançando funcionalidade avançada através de movimentos autônomos complexos. Atualmente, a integração de molas na microtecnologia baseada em silício abriu o mundo dos dispositivos mecatrônicos planares produzidos em massa, dos quais todos nos beneficiamos, por meio de sensores de airbag, por exemplo.



Para uma nova geração de aplicações biomédicas minimamente e até mesmo não invasivas, no entanto, os dispositivos móveis que podem interagir mecanicamente com as células com segurança devem ser alcançados em escalas muito menores (10 mícrons) e com forças muito mais suaves (escala pico Newton, ou seja, levantar pesos menos superior a um milionésimo de mg) e em formatos tridimensionais customizados.

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Chemnitz, do Instituto de Tecnologia Avançada de Shenzhen da Academia Chinesa de Ciências e do Leibniz IFW Dresden, em uma publicação recente na Nature Nanotechnology , demonstraram que molas controláveis ​​​​podem ser integradas em locais escolhidos arbitrariamente dentro de estruturas tridimensionais suaves usando fabricação fotolitográfica confocal (com precisão em nanoescala) de um novo material magneticamente ativo na forma de um fotorresiste impregnado com densidades personalizáveis ​​​​de nanopartículas magnéticas.

Essas "picosprings" têm uma conformidade notavelmente grande e ajustável e podem ser controladas remotamente através de campos magnéticos (mesmo nas profundezas do corpo humano), permitindo movimento articulado em microrobôs, bem como micromanipulações muito além do estado da arte.

Além disso, a extensão das picomolas também pode ser usada visualmente para medir forças, por exemplo, forças de propulsão ou de preensão, em interação com outros objetos, como células. Por exemplo, essas picomolas têm sido usadas para medir a força de propulsão locomotiva dos espermatozoides.

A publicação mostra essas capacidades demonstrando vários microrobôs (incluindo um micropinguim) contendo picosprings em vários locais que podem realizar essas tarefas em escalas celulares:impulsionar-se, agarrar e liberar células e medir as mínimas forças necessárias para fazer isso com segurança.

Haifeng Yu, primeiro autor do estudo e líder do grupo da Academia Chinesa de Ciências em Shenzhen (China), diz:"A elasticidade programável na escala micrométrica oferece uma estratégia viável para a produção de dispositivos 3D e 'micro-cirurgiões' finamente estruturados capaz de realizar tarefas médicas complexas."

Mariana Medina-Sanchez, líder de grupo do Leibniz IFW e BCUBE-TU Dresden, co-autora e co-orientadora deste trabalho, acrescenta:"Essas micromáquinas baseadas em picosmolas com elasticidade e magnetismo programáveis, fabricadas através de fabricação monolítica, abrem inúmeras possibilidades para detecção e atuação de força localizada em ambientes com baixo número de Reynolds. Essa versatilidade ressalta sua importância em um espectro de aplicações biomédicas."

O professor Oliver Schmidt, que é o último autor do artigo e supervisionou este trabalho, vê isso como mais um passo importante na transição para microrobóticas modulares inteligentes e macias, prontas para a vida. "Os microdispositivos controlados remotamente que utilizam campos magnéticos formam uma tecnologia particularmente promissora para aplicações médicas não invasivas - e agora isso se estende aos mecanismos mecânicos dentro desses microdispositivos remotos", diz Schmidt.

"Ser capaz de incorporar molas projetadas também adicionará uma nova ferramenta à crescente capacidade da TU Chemnitz em direção à morfogênese microeletrônica e à vida artificial", acrescenta o Prof. John McCaskill, coautor do estudo, membro do Centro de Pesquisa MAIN e fundador. diretor do Centro Europeu de Tecnologia Viva.

Mais informações: Haifeng Xu et al, microrrobôs macios nanofabricados em 3D com molas picoforce supercompatíveis como sensores e atuadores integrados, Nanotecnologia da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01567-0
Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza

Fornecido pela Universidade de Tecnologia de Chemnitz