Un nou mètode per formar materials polimèrics amb llum millorarà la resolució de la impressió 3D
Investigadors de la UAB han desenvolupat una nova reacció química per formar xarxes polimèriques sòlides mitjançant llum (fotocurat) que permetrà preparar materials sòlids amb formes controlades que mesuren menys d’una mil·lèsima part d’un mil·límetre. La recerca és clau per desenvolupar noves tècniques litogràfiques i d’impressió 3D amb prestacions millorades.
La impressió 3D és una tecnologia cada cop més estesa i d’abast més fàcil. Normalment, consisteix en la formació de materials polimèrics sòlids en una regió determinada, ja sigui mitjançant l’extrusió de polímers ja formats o per la formació d’aquests in situ a partir dels seus corresponents monòmers, les molècules que els conformen. Malgrat tot, aquestes tècniques solen presentar certs inconvenients, com llargs temps d’impressió o una resolució baixa que impedeix obtenir materials impresos de mides micromètriques. Per tal de resoldre aquests inconvenients, la formació de polímers mitjançant la irradiació amb llum podria ser una bona solució, ja que aquestes reaccions acostumen a ser més ràpides i es poden induir amb un bon control espacial i temporal.
La majoria dels processos de formació de materials polimèrics induïts amb llum tenen lloc sota irradiació amb una única font de llum, fet que limita la precisió en el temps i l’espai amb què es duen a terme. Per exemple, en alguns casos els reactius fotoactivats es difonen fora de la zona il·luminada i en d’altres el seu temps de vida pot ser més elevat que el temps d’irradiació, i tot això limita la resolució espaciotemporal del procés de fotopolimerització. A més, la resolució espacial màxima amb què els sistemes reactius poden ser irradiats fent servir òptica convencional està limitada per difracció, la qual cosa impedeix que aquest tipus de reaccions es puguin confinar a escala nanomètrica.
Per tal de superar aquests obstacles, diversos grups de recerca han proposat controlar les reaccions de formació de polímers amb llum mitjançant dues fonts de llum de colors diferents, la qual cosa permet desenvolupar noves tècniques litogràfiques i d’impressió 3D amb prestacions millorades. És una solució prometedora, però el nombre de reaccions d’aquest tipus que existeixen avui dia és molt reduït.
Investigadors del Departament de Química de la UAB encapçalats pel professor Jordi Hernando, en col·laboració amb el grup del professor Christopher Barner-Kowollik, de la Universitat de Tecnologia de Queensland (Austràlia), han desenvolupat una nova reacció de fotocurat de polímers que es controla amb dos colors de llum de manera antagonista: s’utilitza un feix de llum d’un color per promoure la reacció de formació del material polimèric sòlid i un feix de llum d’un altre color per aturar-la.
Representació esquemàtica del procés de fotocurat mitjançant dos colors antagònics i fotografies de diverses formes obtingudes amb resolucions submil·limètriques (UAB)
Es tracta d’un procés de fotocurat que té lloc per un procés químic anomenat cicloaddició oxo-Diels-Alder entre dos reactius diferents. «D’una banda, utilitzem prepolímers que s’activen amb llum ultraviolada, i, de l’altra, agents de curat que passen d’un estat reactiu a un de no reactiu segons si són irradiats amb llum ultraviolada o vermella», explica Jordi Hernando.
Amb el nou mètode desenvolupat pels investigadors de la UAB es poden utilitzar feixos de llum amb patrons d’irradiació diferents de manera que el fotocurat de la resina polimèrica tingui lloc a la zona que s’il·lumina només amb llum ultraviolada, mentre que no es forma material sòlid a la zona il·luminada amb tots dos colors, la qual cosa permet delimitar amb precisió l’àrea on se solidifica el polímer. Amb aquest sistema els investigadors han pogut obtenir al laboratori materials sòlids polimèrics amb formes controlades amb resolucions menors a un mil·límetre. «Ara estem explorant l’ús d’aquesta nova metodologia per millorar les prestacions dels processos d’impressió 3D i arribar a resolucions submicromètriques, un avenç que serà significatiu en aquesta tecnologia», avança Jordi Hernando.
En la recerca també hi han participat els investigadors del Departament de Química de la UAB Arnau Marco, Marc Villabona, Gonzalo Guirado i Rosa M. Sebastián, amb la col·laboració d’investigadors de l’Institut de Nanotecnologia (INT) de Karlsruhe (Alemanya) i de la Universitat de Tecnologia de Queensland (Austràlia). El treball s’ha publicat recentment a la revista Advanced Functional Materials.
Article de referència
Marco, A., Villabona, M., Eren, T. N., Feist, F., Guirado, G., Sebastián, R. M., Hernando, J. & Barner-Kowollik, C. (2025). Antagonistic Two-Color Control of Polymer Network Formation. Advanced Functional Materials, 35, 2415431. https://doi.org/10.1002/adfm.202415431