{"id":89009,"date":"2009-11-01T10:10:00","date_gmt":"2009-11-01T12:10:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2009\/11\/01\/para-esculpir-con-luz\/"},"modified":"2017-01-31T11:29:07","modified_gmt":"2017-01-31T13:29:07","slug":"para-esculpir-con-luz","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/para-esculpir-con-luz\/","title":{"rendered":"Para esculpir con luz"},"content":{"rendered":"

\"\"IFSC\/USP<\/span>La utilizaci\u00f3n del l\u00e1ser en medicina, en cirug\u00edas oculares, por ejemplo, y en las telecomunicaciones, en el interior de la fibra \u00f3ptica, es harto conocida. Pero los diversos tipos de l\u00e1ser pueden ser mejor explotados en otras actividades. En la actualidad, lo que se busca mediante la investigaci\u00f3n cient\u00edfica y tecnol\u00f3gica con esos haces concentrados de luz es el uso m\u00e1s ampliado en las escalas de tama\u00f1o en micrones y nan\u00f3metros. En tal sentido, un paso importante lo han dado investigadores del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IFSC\/USP). En asociaci\u00f3n con un grupo de investigadores de la Universidad Harvard, Estados Unidos, dominaron la t\u00e9cnica \u00f3ptica que se vale de pulsos ultracortos de luz l\u00e1ser para fabricar estructuras polim\u00e9ricas tridimensionales y de geometr\u00eda compleja que no se pueden ver a simple vista. El dominio de este nuevo proceso permitir\u00e1 en el futuro la fabricaci\u00f3n de dispositivos miniaturizados para circuitos el\u00e9ctricos, microc\u00e1psulas para entrega controlada de medicamentos, microagujas de uso m\u00e9dico, memorias \u00f3pticas de dimensiones micro o nanom\u00e9tricas, microplataformas para el crecimiento de tejidos biol\u00f3gicos, microgu\u00edas de onda en aparatos de telecomunicaciones y min\u00fasculos elementos para sistemas de procesamiento de informaci\u00f3n, como las a\u00fan in\u00e9ditas computadoras \u00f3pticas.<\/p>\n

Con el nombre de fotopolimerizaci\u00f3n por absorci\u00f3n de dos fotones, esta t\u00e9cnica es muy reciente y fue propuesta en 1997 por el investigador japon\u00e9s Satoshi Kawata, profesor especializado en nanotecnolog\u00eda de la Universidad de Osaka. Pero fue en 2001, con la publicaci\u00f3n de un art\u00edculo en la revista Nature a cargo del grupo de Kawata, que cobr\u00f3 proyecci\u00f3n en los medios cient\u00edficos internacionales. En la actualidad, pocos grupos de investigaci\u00f3n a nivel mundial, notoriamente en Jap\u00f3n, Estados Unidos, Alemania y Corea del Sur, logran reproducirla. Y ahora Brasil se incluye en esta lista con el grupo de S\u00e3o Carlos.<\/p>\n

Para dimensionar el avance que esta t\u00e9cnica representa, es necesario antes saber que la polimerizaci\u00f3n es una reacci\u00f3n qu\u00edmica por la cual se fabrican los m\u00e1s variados tipos de pl\u00e1sticos. Mediante este proceso, mol\u00e9culas llamadas mon\u00f3meros se unen qu\u00edmicamente y resultan en materiales s\u00f3lidos constituidos por macromol\u00e9culas.<\/p>\n

La reacci\u00f3n de polimerizaci\u00f3n puede iniciarse de diversas maneras, incluso \u00f3pticamente, con la incidencia de luz, y entonces recibe el nombre de fotopolimerizaci\u00f3n. En dicho caso se utiliza un compuesto llamado fotoiniciador, el cual, al absorber la luz que incide sobre \u00e9l, inicia el proceso de transformaci\u00f3n de la resina l\u00edquida y viscosa en un material s\u00f3lido. La principal diferencia de la fotopolimerizaci\u00f3n por absorci\u00f3n de dos fotones es que la reacci\u00f3n queda confinada a la regi\u00f3n focal de la luz, lo que significa que solamente en ese punto se produce la solidificaci\u00f3n del material. Con el movimiento del haz de l\u00e1ser y, por ende, de su foco, es posible fabricar estructuras tridimensionales complejas con resoluci\u00f3n micro y nanom\u00e9trica, del orden de mil\u00e9simas o millon\u00e9simas de mil\u00edmetro.<\/p>\n

De una forma m\u00e1s sencilla, podemos decir que en la medida en que el haz de l\u00e1ser, controlado por computadora, va recorriendo la resina polim\u00e9rica, el material va endureci\u00e9ndose. Es como si el haz de l\u00e1ser fuera dise\u00f1ando por solidificaci\u00f3n la estructura deseada en el espacio tridimensional, no solamente en el plano, afirma el f\u00edsico Cleber Mendon\u00e7a, profesor del IFSC y l\u00edder de las investigaciones. En el proceso tradicional de fotopolimerizaci\u00f3n, donde tan s\u00f3lo un fot\u00f3n es absorbido por el compuesto fotoiniciador, no se puede fabricar estructuras tridimensionales tan peque\u00f1as, destaca el investigador, quien hace hincapi\u00e9 en que la nueva t\u00e9cnica depende de altas intensidades luminosas generadas por l\u00e1seres pulsados de femtosegundos, la unidad de tiempo que corresponde a un segundo dividido por mil billones de veces, o 10-15 segundos. Actualmente, los pulsos de l\u00e1ser de femtosegundos se usan en investigaciones que apuntan principalmente al desarrollo de transistores \u00f3pticos.<\/p>\n

La asociaci\u00f3n con la Universidad Harvard, que permiti\u00f3 el dominio de la t\u00e9cnica, comenz\u00f3 en agosto de 2005, cuando Cleber Mendon\u00e7a hizo su posdoctorado, finalizado en diciembre de 2007, en el grupo del profesor Eric Mazur, en el Departamento de F\u00edsica y Escuela de Ingenier\u00eda y Ciencias Aplicadas de dicha instituci\u00f3n. Mazur es considerado una de las mayores autoridades mundiales en la utilizaci\u00f3n de pulsos de l\u00e1ser ultracortos para la microfabricaci\u00f3n y\u00a0 microestructuraci\u00f3n de materiales. La temporada en el exterior cont\u00f3 con el apoyo de una beca en la modalidad Nuevas Fronteras de la FAPESP, destinada al financiamiento de pasant\u00edas de larga duraci\u00f3n en centros de excelencia internacionales en \u00e1reas de investigaci\u00f3n a\u00fan deficientes en el estado de S\u00e3o Paulo. El Grupo de Fot\u00f3nica del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos ya trabajaba con procesos \u00f3pticos no lineales que dependen de la intensidad luminosa y pulsos de luz l\u00e1ser ultracortos desde hace varios a\u00f1os. Pero fue durante el tiempo que pas\u00e9 en Harvard cuando entr\u00e9 en contacto con la t\u00e9cnica de fotopolimerizaci\u00f3n por absorci\u00f3n de dos fotones, afirma Mendon\u00e7a, quien cuenta tambi\u00e9n con financiamiento de la FAPESP por medio de un proyecto de auxilio regular a la investigaci\u00f3n. En el marco de este proyecto, el investigador tambi\u00e9n estudia la utilizaci\u00f3n de l\u00e1ser de femtosegundos en la estructuraci\u00f3n superficial (bidimensional) de materiales.<\/p>\n

Pese a ser una t\u00e9cnica bastante prometedora en el \u00e1rea de microfabricaci\u00f3n, Mendon\u00e7a dice que a\u00fan no existen productos elaborados en escala comercial mediante este proceso; solamente prototipos. Creemos que en pocos a\u00f1os las primeras microestructuras comerciales fabricadas mediante el proceso de fotopolimerizaci\u00f3n por absorci\u00f3n de dos fotones saldr\u00e1n al mercado. Los estudios m\u00e1s avanzados se concentran en el \u00e1rea de MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), sistemas microelectromec\u00e1nicos proyectados en escalas microm\u00e9tricas, tales como sensores, motores y actuadores, dice el investigador de la USP. Una de las empresas pioneras en la nueva t\u00e9cnica es la estadounidense Focal Point Microsystems LLC, una spin-off<\/em> (empresa de tecnolog\u00eda originada en una instituci\u00f3n) fundada por investigadores del Instituto Tecnol\u00f3gico de Georgia, m\u00e1s conocido como Georgia Tech, de Estados Unidos, que est\u00e1 desarrollando un aparato comercial de banco para fotopolimerizaci\u00f3n v\u00eda absorci\u00f3n de dos fotones, apuntando a aplicaciones comerciales en MEMS.<\/p>\n

Compuestos dopados Una importante diferencia del trabajo realizado en S\u00e3o Carlos es el dopaje de las microestructuras polim\u00e9ricas con compuestos org\u00e1nicos de inter\u00e9s. Dopaje es el t\u00e9rmino cient\u00edfico dado a la adici\u00f3n de sustancias extra\u00f1as a un material cualquiera con prop\u00f3sitos bien definidos, como por ejemplo la mejora de algunas de sus propiedades mec\u00e1nicas. El dopaje permite fabricar micro o nanoelementos con caracter\u00edsticas \u00f3pticas, el\u00e9ctricas o biol\u00f3gicamente activas indicadas para determinadas aplicaciones. En nuestros trabajos hemos hecho el dopaje de las resinas base con colorantes org\u00e1nicos, pol\u00edmeros electroluminescentes y biocompatibles. En los tres casos el dopaje se realiza antes del proceso de fabricaci\u00f3n por l\u00e1ser, dice Mendon\u00e7a. De acuerdo con el investigador, la t\u00e9cnica de dopaje en s\u00ed es ampliamente utilizada por grupos de investigaci\u00f3n de todo el mundo, pero el dopaje de resinas utilizadas en la fabricaci\u00f3n de micro y\u00a0 nanoestructuras mediante el proceso de fotopolimerizaci\u00f3n por absorci\u00f3n de dos fotones es un tema muy novedoso.<\/p>\n

\"\"IFSC\/USP<\/span>Uno de estos estudios tuvo como foco el \u00e1rea de sistemas de ingenier\u00eda abocados al crecimiento de tejidos biol\u00f3gicos, tales como huesos, cart\u00edlagos y piel. Un paso importante en esta investigaci\u00f3n, que puede aportar avances hacia la producci\u00f3n de pr\u00f3tesis humanas, es el entendimiento del movimiento y la adherencia celular. El estudio de este fen\u00f3meno en laboratorio depende de la existencia de matrices micro o nanom\u00e9tricas, donde las c\u00e9lulas puedan moverse y adherirse. All\u00ed entra en acci\u00f3n la fotopolimerizaci\u00f3n por absorci\u00f3n de dos fotones. Mediante esta t\u00e9cnica podemos desarrollar estructuras en 3D con dise\u00f1os espec\u00edficos que promueven una investigaci\u00f3n sistem\u00e1tica de la adherencia y la migraci\u00f3n celular.\u00a0 Esta investigaci\u00f3n puede facilitar el desarrollo de nuevas t\u00e9cnicas en ingenier\u00eda de tejidos, pues permite un estudio m\u00e1s adecuado del comportamiento de las c\u00e9lulas, afirma Mendon\u00e7a. Un grupo de investigadores de la Universidad de Tampere, Finlandia, anunci\u00f3 hace algunos a\u00f1os avances en el desarrollo de estructuras empleadas como soporte para el crecimiento de tejidos vivos.<\/p>\n

Otro trabajo realizado por el Grupo de Fot\u00f3nica de la USP, cuyos resultados salieron publicados en el peri\u00f3dico Applied Physics Letters<\/em> en septiembre de este a\u00f1o, se concentr\u00f3 en el desarrollo de microestructuras que contienen compuestos org\u00e1nicos emisores de luz con propiedades \u00f3pticas diferenciadas. Estos dispositivos podr\u00e1n utilizarse en la fabricaci\u00f3n de circuitos \u00f3pticos o sensores \u00f3pticos. En este caso, la fuente luminosa miniaturizada estar\u00eda integrada en el dispositivo y directamente acoplada a los dem\u00e1s elementos que constituyen el circuito \u00f3ptico. El grupo tambi\u00e9n prev\u00e9 la confecci\u00f3n de estructuras que contengan mol\u00e9culas org\u00e1nicas que, en presencia de una fuente de excitaci\u00f3n luminosa, son orientadas en una dada direcci\u00f3n. Esta orientaci\u00f3n podr\u00eda usarse como m\u00e9todo de almacenamiento de informaci\u00f3n. Regiones en donde las mol\u00e9culas est\u00e1n orientadas corresponder\u00edan a la presencia de informaci\u00f3n, mientras que \u00e1reas en donde \u00e9stas se encuentran aleatoriamente distribuidas corresponder\u00edan a la ausencia de datos, un proceso similar al que sucede con CDs o los HDs de nuestras computadoras, subraya Mendon\u00e7a.<\/p>\n

Todos estos avances en el \u00e1rea de la fot\u00f3nica, de acuerdo con el investigador, se deben en cierta medida a la elecci\u00f3n de resinas polim\u00e9ricas como el material b\u00e1sico que ha de trabajarse. La ventaja de usarlas en lugar de otros materiales, tales como la cer\u00e1mica, el vidrio o el metal, es la posibilidad de hacer la reacci\u00f3n en las condiciones ambientales de temperatura y presi\u00f3n. Con otros tipos de materiales, esto no ser\u00eda posible. Deber\u00edan utilizarse en forma de polvos para que, con la incidencia de la luz, las part\u00edculas se uniesen mediante un proceso de difusi\u00f3n, afirma. Con todo, en estos casos habr\u00eda un menor control del proceso de fabricaci\u00f3n. Asimismo, los materiales polim\u00e9ricos son m\u00e1s f\u00e1ciles de dopar y las propiedades de los productos finales que se fabrican con ellos son completamente distintas que las de los fabricados con cer\u00e1micas y metales, tales como flexibilidad, transparencia \u00f3ptica e \u00edndice de refracci\u00f3n.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>
\n1. Mendon\u00e7a, C.R.; Correa, D.S.; Marlow, F.; Voss, T.; Tayalia, P.; Mazur, E. Three-dimensional fabrication of optically active microstructures containing an electroluminescent polymer. Applied Physics Letters<\/strong>. v. 95, p. 11.330-9. 2009.
\n2. Correa, D.S.; Tayalia, P.; Cosendey, G.; Dos Santos Jr, D.S.; Aroca, R.F.; Mazur, E.; Mendonca, C.R.
\nTwo-photon polymerization for fabricating structures containing the biopolymer chitosan. Journal of Nanoscience and Nanotechnology<\/strong>. v. 9, p. 5.845-9.2009.<\/p>\n

Los proyectos
\n<\/strong>1. Din\u00e1mica ultrarr\u00e1pida y determinaci\u00f3n de la funci\u00f3n diel\u00e9ctrica en materiales org\u00e1nicos<\/em>
\n 2. Microfabricaci\u00f3n y microestructuraci\u00f3n en materiales polim\u00e9ricos utilizando l\u00e1ser de femtosegundos<\/em>
\nModalidad
\n<\/strong>1. Beca de Investigaci\u00f3n en el Exterior Nuevas Fronteras
\n2. Auxilio Regular a Proyecto de Investigaci\u00f3n
\nCoordinador
\n<\/strong>1 y 2 Cleber Renato Mendon\u00e7a – USP
\nInversi\u00f3n
\n<\/strong>1. R$ 61.633,61 (FAPESP)
\n2. US$ 87.731,25 y R$ 3.450,00 (FAPESP)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Una t\u00e9cnica permite crear micro y nanoestructuras polim\u00e9ricas de geometr\u00eda compleja","protected":false},"author":23,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[304,1255],"coauthors":[116],"class_list":["post-89009","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es","tag-fisica-es","tag-nanotecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/89009","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/23"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=89009"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/89009\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=89009"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=89009"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=89009"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=89009"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}