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Com o uso de hologramas acústicos, eles conseguiram montar partículas em formatos tridimensionais
Cientistas do Instituto Max Planck de Pesquisa Médica e da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, criaram uma nova tecnologia para montar matéria em 3D. O novo conceito usa vários hologramas acústicos para gerar campos de pressão com os quais partículas sólidas, esferas de gel e até células biológicas podem ser impressas. Esses resultados, publicados na revista Science Advances, abrem caminho para novas técnicas de cultura de células 3D com potenciais aplicações em engenharia biomédica.
A manufatura aditiva ou impressão 3D permite a fabricação de peças complexas a partir de materiais funcionais ou biológicos. A impressão 3D convencional pode ser um processo lento, em que os objetos são construídos uma linha ou uma camada de cada vez. Porém, os pesquisadores agora demonstraram como formar um objeto 3D a partir de blocos de construção menores em apenas uma etapa usando o som.
As ondas sonoras exercem forças sobre a matéria – um fato conhecido por qualquer frequentador de shows que experimenta as ondas de pressão de um alto-falante. Usando ultrassom de alta frequência, que é inaudível para o ouvido humano, os comprimentos de onda podem ser diminuídos para abaixo de um milímetro, para o reino microscópico, e são usados pelos pesquisadores para manipular blocos de construção muito pequenos, como células biológicas.
“Fomos capazes de montar micropartículas em um objeto tridimensional em uma única tomada usando ultrassom moldado”, diz Kai Melde, pós-doutorando no grupo e primeiro autor do estudo. “Isso pode ser muito útil para a bioimpressão. As células usadas são particularmente sensíveis ao ambiente durante o processo”, acrescenta Peer Fischer, professor da Universidade de Heidelberg.
Em seus estudos anteriores, Peer Fischer e seus colegas mostraram como formar ultrassom usando hologramas acústicos – formas impressas em 3D, feitas para codificar um campo sonoro específico. Eles demonstraram que esses campos sonoros podem ser usados para montar materiais em padrões bidimensionais. Com isso os cientistas haviam criado um conceito de fabricação. Já com seu novo estudo, a equipe foi capaz de levar seu conceito um passo adiante.
Os cientistas capturam partículas e células flutuando livremente na água e as montam em formas tridimensionais. Além disso, o novo método funciona com uma variedade de materiais, incluindo contas de vidro ou hidrogel e células biológicas. Kai Melde diz que “a ideia crucial era usar vários hologramas acústicos juntos e formar um campo combinado que pode capturar as partículas”. Heiner Kremer, que escreveu o algoritmo para otimizar os campos de holograma, acrescenta: “A digitalização de um objeto 3D inteiro em campos de holograma de ultrassom é computacionalmente muito exigente e exigiu que criássemos uma nova rotina de computação”.
Com isso, os cientistas acreditam que sua tecnologia é uma plataforma promissora para a formação de culturas de células e tecidos em 3D. A vantagem do ultrassom é que ele é suave para o uso de células biológicas e pode penetrar profundamente nos tecidos. Dessa forma, ele pode ser usado para manipular remotamente e empurrar células sem causar danos.
Colaboração: Jéssica de Moura Soares sobre a autora
Jéssica de Moura Soares é bacharel em Biotecnologia pela Universidade Federal do Ceará (UFC), Mestre e agora doutoranda em Bioquímica pela Universidade de São Paulo (USP). Se interessa por iniciativas onde a ciência ajuda a transformar o mundo em um lugar mais sustentável e igualitário. Entusiasta da divulgação científica, acredita que a ciência tem que ser de fácil acesso a todos.
Fontes e mais informações sobre o tema:
Artigo Científico de autoria de MELDE, K. e colaboradores, intitulado “Compact holographic sound fields enable rapid one-step assembly of matter in 3D”, publicado na revista Science Advances, em 08/02/23. DOI: 10.1126/sciadv.adf6182
Matéria no site Science Daily, intitulada “Creating 3D objects with sound” , publicada em 13/02/23. https://www.sciencedaily.com/releases/2023/02/230213120734.htm
