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O cientista do NIST, Gary Zabow, nunca teve a intenção de usar doces em seu laboratório. Foi apenas como último recurso que ele tentou enterrar pontos magnéticos microscópicos em pedaços endurecidos de açúcar – balas duras, basicamente – e enviar esses pacotes de doces para colegas em um laboratório biomédico. O açúcar se dissolve facilmente na água, liberando os pontos magnéticos para seus estudos sem deixar nenhum plástico ou produto químico nocivo para trás.
Por acaso, Zabow deixou um desses pedaços de açúcar, embutidos com matrizes de pontos micromagnéticos, em um béquer, e fez o que o açúcar faz com o tempo e o calor – derreteu, cobrindo o fundo do béquer com uma massa pegajosa.
“Sem problemas”, pensou. Ele apenas dissolveria o açúcar, como de costume. Só que desta vez, quando ele enxaguou o béquer, os micropontos haviam sumido. Mas eles não estavam realmente desaparecidos; em vez de serem liberados na água, eles foram transferidos para o fundo do vidro, onde lançavam um reflexo de arco-íris.
“Foram aquelas cores do arco-íris que realmente me surpreenderam”, lembra Zabow. As cores indicavam que as matrizes de micropontos mantiveram seu padrão único.
Essa doce bagunça deu a ele uma ideia. O açúcar de mesa comum poderia ser usado para levar o poder dos microchips a superfícies novas e não convencionais? As descobertas de Zabow sobre esse potencial processo de impressão por transferência foram publicadas em Ciência em 25 de novembro.
Chips semicondutores, superfícies com micropadrões e componentes eletrônicos dependem da microimpressão, o processo de colocar padrões precisos, mas minúsculos, de milionésimos a bilionésimos de metro de largura em superfícies para dar-lhes novas propriedades. Tradicionalmente, esses minúsculos labirintos de metais e outros materiais são impressos em lâminas planas de silício. Mas, à medida que as possibilidades de chips semicondutores e materiais inteligentes se expandem, esses padrões intrincados e minúsculos precisam ser impressos em superfícies novas, não convencionais e não planas.
Imprimir diretamente esses padrões em tais superfícies é complicado, então os cientistas transferem as impressões. Existem fitas e plásticos flexíveis que podem fazer o trabalho (como usar massa para pegar papel de jornal), mas esses sólidos ainda podem ter problemas para se adaptar a curvas e cantos agudos quando a impressão é colocada de volta. Eles também podem deixar para trás plásticos ou outros produtos químicos que podem ser difíceis de remover ou inseguros para uso biomédico.
Existem técnicas líquidas, nas quais o material de transferência flutua na superfície da água e a superfície alvo é empurrada através dela. Mas isso também pode ser complicado; com um líquido fluindo livremente, pode ser difícil colocar a impressão exatamente onde você deseja em uma nova superfície.
Mas, como Zabow descobriu para sua surpresa, uma simples combinação de açúcar caramelizado e xarope de milho pode fazer o truque.
Quando dissolvida em uma pequena quantidade de água, essa mistura de açúcar pode ser derramada sobre micropadrões em uma superfície plana. Depois que a água evapora, o doce endurece e pode ser retirado com o padrão embutido. O doce com a impressão é então colocado sobre a nova superfície e derretido. A combinação açúcar/xarope de milho mantém uma alta viscosidade à medida que derrete, permitindo que o padrão mantenha seu arranjo enquanto flui sobre curvas e bordas. Então, usando água, o açúcar pode ser lavado, deixando apenas o padrão para trás.
Usando esta técnica, chamada REFLEX (REflow-driven FLExible Xfer), padrões de microcircuitos podem ser transferidos como um estêncil para permitir que cientistas ou fabricantes gravem e preencham os materiais de que precisam nos lugares certos. Ou materiais padronizados podem ser transferidos de seu chip original para fibras ou microesferas para potenciais estudos biomédicos ou microrobóticos, ou sobre superfícies pontiagudas ou curvas em novos dispositivos.
A técnica provou ser bem-sucedida para uma grande variedade de superfícies, incluindo a impressão na ponta afiada de um alfinete e a escrita da palavra “NIST” em letras douradas em microescala em um único fio de cabelo humano. Em outro exemplo, discos magnéticos de 1 micrômetro de diâmetro foram transferidos com sucesso para uma fibra de uma semente de asclépia. Na presença de um ímã, a fibra impressa magneticamente reagiu, mostrando que a transferência funcionou.
Ainda há mais a explorar com o REFLEX, mas esse processo pode abrir novas possibilidades para novos materiais e microestruturas em todos os campos, da eletrônica à ótica e à engenharia biomédica.
“A indústria de semicondutores gastou bilhões de dólares aperfeiçoando as técnicas de impressão para criar os chips nos quais confiamos”, diz Zabow. “Não seria bom se pudéssemos aproveitar algumas dessas tecnologias, expandindo o alcance dessas impressões com algo tão simples e barato quanto um pedaço de doce?”
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