Micro e nanofabricação 3D de última geração agora de qualquer material

Construção de nanoestruturas

A construção de objetos menores do que a espessura de um fio de cabelo humano já é possível há um bom tempo, graças a uma técnica chamada polimerização de dois fótons, também conhecida como 2PP (2-Photon Polymerization). Este é o estado da arte atual em micro e nano-fabricação 3D.

Esculturas minúsculas, como réplicas em miniatura da Torre Eiffel ou do Taj Mahal, já apareceram em profusão na mídia, mas o impacto real da nanofabricação vai muito além, já sendo parte do arsenal de diversas áreas científicas, da robótica à engenharia e até a medicina – já existe até um campo chamado nanoengenharia estrutural.

E esse impacto está prestes a se tornar ainda mais significativo e espalhar-se por mais campos de aplicação, graças ao trabalho de Xianglong Lyu e colegas do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (Alemanha) e da Universidade de Cingapura.

Até agora, os objetos 3D em miniatura só podiam ser feitos com alguns materiais, principalmente polímeros.

Os pesquisadores descobriram como manter todos os benefícios da nanofabricação utilizando todos os tipos de materiais como blocos de construção, de metais a óxidos metálicos, materiais de carbono ou semicondutores.

Conceito de microfabricação/nanofabricação 3D optofluídica.
[Imagem: Xianglong Lyu et al. – 10.1038/s41586-025-10033-x]

Montagem optofluídica

O fator decisivo para viabilizar a nanofabricação multimaterial está em um fluxo de fluido localizado induzido por calor, que surge do aquecimento de um ponto minúsculo, feito por um laser pulsado ultrarrápido, um laser de femtossegundos.

Primeiro, o material base para a nanofabricação é disperso na forma de nanopartículas em uma solução. Quando um ponto quente é gerado no interior da solução, as partículas são deliberadamente guiadas pelo fluxo optofluídico resultante. Basta então posicionar o laser bem próximo a um micromolde de polímero pré-fabricado, muito semelhante a uma forma de bolo. Como o molde possui uma pequena abertura lateral, as partículas se agrupam e passam por essa abertura, acumulando-se dentro do molde.

“O laser de femtossegundos induz um gradiente térmico localizado que gera um forte fluxo que impulsiona as partículas em direção ao molde, posicionando-as exatamente onde desejamos. Além disso, o molde pode ter qualquer formato: De uma estrutura cúbica a esferas, formato de croissant ou outros,” detalhou Lyu.

Basta então remover o molde em uma etapa de pós-processamento para se ter uma estrutura independente, composta inteiramente do material desejado, com a forma e o tamanho projetados.

Diversas estruturas de teste construídas para demonstração da técnica.
[Imagem: Xianglong Lyu et al. – 10.1038/s41586-025-10033-x]

Estabilidade estrutural

Para demonstrar as possibilidades do método de montagem optofluídica, a equipe construiu diversos dispositivos minúsculos, como microválvulas capazes de separar partículas por tamanho em canais extremamente finos, e microrrobôs compostos por mais de um material, capazes de se movimentar de diferentes maneiras, dependendo se são acionados por luz ou por um campo magnético externo.

Todas as estruturas apresentam estabilidade estrutural: As partículas montadas são mantidas unidas por fortes forças de van der Waals, tornando as estruturas autossustentáveis e mecanicamente estáveis mesmo sem ligações químicas.

“A montagem optofluídica supera as limitações de materiais da polimerização tradicional por dois fótons. Nossa nova tecnologia nos permite formar minúsculos objetos 3D a partir de praticamente qualquer material. Isso abre novas fronteiras para microrrobôs multifuncionais, tecnologia em microescala e muitas outras aplicações que ainda soam como ficção científica,” disse o professor Metin Sitti.