Cientistas inventam método para encolher objetos até a nanoescala

Por , em 14.12.2018

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (EUA) inventaram um método para encolher objetos em 3D de praticamente qualquer formato para a nanoescala.

O padrão pode ser utilizado em uma variedade de materiais úteis, incluindo metais, pontos quânticos e DNA.

“É uma maneira de colocar praticamente qualquer tipo de material em um padrão 3D com precisão em nanoescala”, explica um dos autores do estudo, Edward Boyden, professor de engenharia biológica e ciências cerebrais e cognitivas no Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

Vantagens

A nova técnica pode ser usada para criar qualquer forma e composição. Depois de colocar o material desejado no suporte, ele é encolhido, gerando estruturas com um milésimo do volume do original.

Essas estruturas minúsculas podem ter aplicações em muitos campos, da ótica à medicina à robótica.

A metodologia utiliza equipamentos que muitos laboratórios de biologia e ciência de materiais já possuem, tornando-o amplamente acessível.

Inovação

Anteriormente, era possível criar nanoestruturas tridimensionais adicionando gradualmente camadas umas sobre as outras, mas esse processo é lento e desafiador.

E, embora existam métodos para imprimir objetos em nanoescala diretamente em 3D, estes são restritos a materiais especializados, como polímeros e plásticos, que não possuem as propriedades funcionais necessárias para muitas aplicações. Além disso, só podem gerar estruturas autossustentadas. Por exemplo, a técnica pode produzir uma pirâmide sólida, mas não uma cadeia de pirâmides ou uma esfera oca.

Para superar essas limitações, Boyden e seus colegas decidiram adaptar uma técnica que seu laboratório desenvolveu há alguns anos para imagens de alta resolução de tecido cerebral. Esta técnica, conhecida como microscopia de expansão, envolve a incorporação de tecido em um hidrogel para, em seguida, expandi-lo, permitindo imagens de alta resolução com um microscópio regular.

Ao reverter esse processo, os pesquisadores descobriram que poderiam “encolher” objetos em larga escala incorporados em hidrogéis à nanoescala, uma abordagem que chamaram de “fabricação de implosão”.

Método

Assim como fizeram para a microscopia de expansão, os pesquisadores usaram um material muito absorvente feito de poliacrilato, comumente encontrado em fraldas, como suporte para o processo de nanofabricação.

Usando microscopia de dois fótons, que permite a segmentação precisa de pontos dentro de uma estrutura, os pesquisadores anexaram moléculas de fluoresceína a locais específicos dentro do gel. As moléculas de fluoresceína atuam como âncoras que podem se ligar a outros tipos de moléculas que os pesquisadores adicionam.

“Você prende as âncoras onde quiser com a luz e depois pode prender o que quiser às âncoras”, afirma Boyden. “Poderia ser um ponto quântico, poderia ser um pedaço de DNA, poderia ser uma nanopartícula de ouro”.

Uma vez que as moléculas desejadas são anexadas nos locais certos, os pesquisadores encolhem toda a estrutura adicionando um ácido. Dessa forma, podem reduzir os objetos em 10 vezes em cada dimensão, até uma redução geral de 1.000 vezes no volume.

Aplicações

Atualmente, os pesquisadores podem criar objetos em torno de 1 milímetro cúbico, com uma resolução de 50 nanômetros. Há uma relação entre tamanho e resolução: se os pesquisadores quiserem fazer objetos maiores, cerca de 1 centímetro cúbico, podem alcançar uma resolução de cerca de 500 nanômetros. Essa resolução poderia ser melhorada com mais refinamento do processo.

A equipe está agora explorando possíveis aplicações para a tecnologia, principalmente em ótica – por exemplo, para fabricar lentes especializadas que poderiam ser usadas para estudar as propriedades fundamentais da luz.

Essa técnica também pode permitir a fabricação de lentes menores e melhores para câmeras de celular, microscópios ou endoscópios.

No futuro, a abordagem poderia ser usada para construir eletrônicos em nanoescala ou robôs. “Há todo tipo de coisas que você pode fazer. A democratização da nanofabricação poderia abrir fronteiras que ainda não podemos imaginar”, conclui Boyden.

Um artigo sobre a invenção foi publicado na revista científica Science. [Phys]

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