Graças às características geométricas, estruturais e mecânicas particulares da probóscide, é possível imprimir linhas com uma largura de 20 mícrons, o que é um pouco menor do que um glóbulo branco e cerca de duas vezes mais fino do que o que os bicos de impressão atualmente disponíveis no mercado podem produzir.
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Os pesquisadores batizaram este processo de "necro-impressão 3D", no qual uma microestrutura biológica não viva é utilizada diretamente como ferramenta de impressão 3D. Entre as aplicações potenciais, pense na produção de minúsculos arcabouços para crescimento celular ou engenharia de tecidos, impressão de géis carregados com células, bem como na transferência de objetos microscópicos, como chips semicondutores.
"Para impressão 3D de alta resolução e microdistribuição, são necessários bicos ultrafinos, geralmente fabricados com metal ou vidro especializado", explica Jianyu Li, coautor do estudo, professor associado da Universidade McGill e titular da Cátedra de Pesquisa do Canadá em Reparo e Regeneração de Tecidos. "Esses bicos são caros e difíceis de fabricar, apresentam riscos à saúde e geram resíduos."
"As probóscides de mosquitos nos permitem imprimir estruturas extremamente pequenas e precisas que são difíceis ou muito caras de produzir com ferramentas clássicas. Como os bicos biológicos são biodegradáveis, podemos reutilizar materiais que de outra forma seriam descartados", acrescenta Changhong Cao, coautor do estudo, professor assistente da Universidade McGill e titular da Cátedra de Pesquisa do Canadá em Materiais e Fabricação de Ponta em Microescala no Departamento de Engenharia Mecânica.
O estudo foi conduzido por Justin Puma, estudante de pós-graduação da Universidade McGill. Justin já havia participado de um estudo sobre o uso de uma probóscide de mosquito para fins biomiméticos, que lançou as bases para esta pesquisa.
Biodegradável e reutilizável
Para desenvolver os bicos, a equipe examinou micro-bicos fabricados a partir de insetos e determinou que a probóscide do mosquito - uma microagulha minúscula com largura equivalente a cerca de metade de um fio de cabelo humano - era a melhor escolha. As probóscides foram extraídas de mosquitos eutanasiados provenientes de colônias de laboratório aprovadas eticamente e utilizadas para pesquisa biológica na Universidade Drexel, uma instituição parceira.
Sob microscópio, os pesquisadores removeram cuidadosamente o tubo de alimentação do mosquito. Em seguida, fixaram esta agulha biológica na ponta de um distribuidor de plástico padrão usando um pouco de resina. Eles caracterizaram a geometria e a resistência mecânica das pontas e mediram sua tolerância à pressão, depois integraram as pontas a um dispositivo de impressão 3D personalizado.
Uma vez conectada, a probóscide torna-se o orifício pelo qual a impressora 3D expele o material. Os pesquisadores conseguiram imprimir estruturas complexas em alta resolução, incluindo uma estrutura em formato de favo de mel, uma folha de bordo e bioarcabouços contendo células cancerígenas e glóbulos vermelhos.
A ideia de usar materiais bióticos na fabricação de ponta foi inspirada por pesquisas em necrorrobótica realizadas na Universidade Rice. Enquanto realizava pesquisas sobre micro-bicos, Cao também discutia com Megan Creighton e Ali Afify, pesquisadores da Universidade Drexel, outro projeto relacionado a mosquitos. Essas conversas levaram a equipe a explorar as probóscides para impressão 3D.
"Os avanços no campo da bioimpressão estão ajudando pesquisadores médicos a desenvolver abordagens terapêuticas únicas. Ao buscar melhorar a tecnologia, também devemos nos esforçar para inovar", disse Megan Creighton, coautora do estudo e professora assistente de engenharia química e biológica.
"Descobrimos que a probóscide do mosquito poderia suportar ciclos de impressão repetidos, desde que as pressões permanecessem dentro de limites seguros. Manipulada e limpa corretamente, um bico pode ser reutilizado várias vezes", especifica o professor Cao.
"Com o uso de materiais bióticos como substitutos viáveis para componentes técnicos complexos, este trabalho abre caminho para soluções sustentáveis e inovadoras no campo da fabricação avançada e da microengenharia", conclui o professor Li.
O estudo
O artigo "3D Necroprinting: Leveraging biotic material as the nozzle for 3D printing", por Justin Puma, Megan Creighton, Ali Afify, Jianyu Li, Changhong Cao e colaboradores, foi publicado na Science Advances.
A pesquisa foi financiada pelo fundo Novas Fronteiras em Pesquisa - componente Exploração, pelo Programa de Subsídios para Descobertas do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá (NSERC), pelo Programa de Apoio à Pesquisa para Novos Professores do Fundo de Pesquisa do Quebec - Natureza e Tecnologias (FRQNT), pelo Fundo de Líderes John R. Evans da Fundação Canadense para Inovação, pelo Programa de Cátedras de Pesquisa do Canadá e por uma subvenção NOVA - FRQNT-NSERC.