Impressão 3D de laboratórios de chip

Olá querido leitor! Na última semana uma pesquisa publicada por pesquisadores da Universidade Brigham Young (BYU – Utah, Estados Unidos) foi destaque em vários meios de comunicação que abordam notícias sobre Microfluídica e impressoras 3D. Isso porque eles foram os primeiros a imprimir em 3D um microdispositivo viável, pequeno o bastante para ser eficaz em uma escala muito inferior a 100 micrômetros. Pesquisas anteriores usaram impressoras 3D para fazer microcanais, mas não nesta escala. A pesquisa foi publicada no jornal Lab on a Chip (DOI: 10.1039/C7LC00644F).  Para essa inovação, os pesquisadores tiveram que construir a própria impressora 3D para imprimir com uma resolução muito maior e utilizar uma nova resina customizada, de baixo custo e personalizada. “Outros têm canais fluídicos impressos em 3D, mas eles não conseguiram torná-los suficientemente pequenos para a microfluídica”, disse Greg Nordin, professor de engenharia elétrica da BYU. “Então, decidimos fazer nossa própria impressora 3D e pesquisar uma resina que poderia fazê-lo”.

O quão pequeno são os canais?

O trabalho dos pesquisadores produziu laboratórios em um chip com seções transversais de canais de fluxo de até 18 micrômetros por 20 micrômetros. As impressões 3D anteriores de canais microfluídicos não alcançaram sucesso menores que 100 micrômetros. Com esse método de fabricação foi possível imprimir um chip de 0,12 mm2  contendo canais de fluxo de serpentina de 41 mm de comprimento, como na imagem acima.

Ao adicionar células-tronco aos canais do chip e introduzindo um fluxo sanguíneo, os pesquisadores poderiam, por exemplo, testar como os tecidos se comportam nas arteríolas do coração. Tipicamente 20 a 30 μm de diâmetro, esses vasos são responsáveis pela transferência de sangue para os capilares. Obter essa faixa de tamanho dos microcanais não é possível com as impressoras disponíveis atualmente, querido leitor.

Um dos autores do estudo o professor de química Adam Woolley, que foca suas pesquisas no uso de laboratórios de chip para detectar biomarcadores relacionados ao parto prematuro, acredita que a tecnologia é susceptível de ser utilizada na detecção de condições no organismo responsável por partos prematuros. Para esse fim, ele e o Prof. Nordin apresentaram uma proposta aos Institutos Nacionais de Saúde para desenvolver a abordagem neste artigo para a predição desse tipo de parto.

O processo de impressão de laboratórios de chip

Impressora 3D utilizada pelos pesquisadores. [Photo by Jaren Wilkey/BYU]

A impressora 3D dos pesquisadores usa um LED de 385 nm, o que aumenta drasticamente a seleção disponível de absorventes de UV para formulação de resina em comparação com impressoras 3D com LEDs de 405 nm.

O Prof. Nordin disse que as vantagens da impressão em 3D para a fabricação de dispositivos microfluídicos já são bem conhecidas e que seu método, a estereolitografia de processamento de luz digital (DLP-SLA), é uma abordagem especialmente promissora de baixo custo. O DLP-SLA usa um chip de matriz de micro-espelhos, como aqueles na maioria dos projetores que nós utilizamos, para criar dinamicamente o padrão óptico para cada camada durante a impressão camada por camada de um dispositivo. Resumidamente, leitor, a impressora 3D desse tipo usa um projetor de imagem para projetar as camadas em um tanque com resina líquida curável por UV.

Alterar a fonte de luz aumentou drasticamente a gama de materiais disponíveis para a impressora DLP-SLA 3D. Ao pesquisar essas resinas, a equipe elaborou sua própria receita para um material apropriado.

Woolley disse que o trabalho representa uma melhoria de um fator de 100 sobre o tamanho dos recursos que agora são possíveis na microfluidica 3D impressa. Também reduz o tempo e o aborrecimento: a técnica criada pelos pesquisadores da BYU pode criar um dispositivo em 30 minutos e não requer o uso de salas limpas (um ambiente de laboratório especial, livre de poeira e outros contaminantes).

“Não é apenas um pequeno passo; É um grande salto de um regime de tamanho para um regime de tamanho anteriormente inacessível para a impressão em 3D “, disse Woolley. “Ele abre muitas portas para fazer microfluídica de forma mais fácil e barata”. E como os dispositivos são pequenos, múltiplos laboratórios podem ser impressos em 3D no mesmo trabalho, tornando o método econômico efetivo.

Quando você leitor vai poder ter uma impressora dessas?

Embora essa pesquisa seja muito promissora, atualmente a impressora utilizada pelos autores do estudo é a única impressora disponível e única formulação de resina com esses recursos. De acordo com o Prof. Nordin, o principal desafio é descobrir “como conseguir colocar isso nas mãos das pessoas de forma conveniente para que elas não tenham que mexer muito para fazê-lo funcionar”. Como qualquer nova tecnologia, para que seja verdadeiramente útil, os usuários querem passar mais tempo fazendo e menos tempo brincando. Felizmente, já existem mercados para a impressão de peças pequenas e complexas, como jóias ou as utilizadas na área odontológica, por isso é apenas uma questão de tempo antes de os fabricantes entrarem no mercado de microfluídica impressa em 3D.

E isso querido leitor é algo que a Engenharia Química pode fazer para todos nós, desenvolver um método eficaz de produzir, principalmente, a resina em massa, para popularizar ainda mais esse tipo de tecnologia.

Até semana que vem!

Fonte: BYU News, 3D Printing Industry e Lab on a Chip Blog.


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Sobre Harrson S. Santana

Harrson S. Santana obteve seu doutorado em Engenharia Química pela Universidade de Campinas em 2016. Sua tese de doutorado foi a investigação da síntese de biodiesel em microcanais, utilizando simulações numéricas e ensaios experimentais. Em 2015, ele passou vários meses na Universidade de Glasgow (Reino Unido) desenvolvendo pesquisas na área de impressão 3D. Atualmente, ele é pesquisador associado e professor colaborador da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, trabalhando no desenvolvimento de microplantas químicas e uso de impressoras 3D em processos químicos. Ele publicou vários artigos explorando desde simulações numéricas no desenvolvimento de microdispositivos até o uso de microfluídica em reações químicas e operações unitárias. Seu interesse científico se concentra em fenômenos de transporte em sistemas microfluídicos, impressoras 3D e sistemas robóticos aplicados a processos químicos em microescala.

3 respostas para Impressão 3D de laboratórios de chip

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