Uma equipe de pesquisa da Universidade RMIT em Melbourne, Austrália, desenvolveu uma nova tecnologia de revestimento que usa ondas sonoras de alta frequência para atomizar líquidos em gotículas de aerossol de tamanho micrométrico, formando uma "camada protetora invisível" uniforme e densa em várias superfícies finas sem aquecer ou danificar o substrato. Os pesquisadores aplicaram este método às folhas da planta comum de folhagem de interior Pothos (Epipremnum aureum) pela primeira vez, bloqueando efetivamente os raios ultravioleta (UV) nocivos sem afetar a fotossíntese, demonstrando vividamente sua capacidade suave, mas altamente eficaz, de proteger "organismos vivos frágeis".

O núcleo deste trabalho é usar a tecnologia de microfluídica acústica (acustomicrofluídica) para controlar o precursor líquido de modo que ele seja esticado e "quebrado" na superfície de um minúsculo chip que pode gerar ondas sonoras de ultra-alta frequência de cerca de 10 MHz, formando uma delicada nuvem de aerossol. Quando essas gotículas voam pelo ar e são depositadas em uma superfície alvo, elas se automontam em um tipo de material de estrutura orgânica covalente (COFs), formando um revestimento protetor com apenas mícrons de espessura, mas com uma estrutura contínua e funções bem definidas. Este processo integrado de "atomização + formação de filme" pode ser concluído à temperatura e pressão ambientes ao ar livre. Não requer altas temperaturas, reações de longo prazo ou ambientes laboratoriais rigorosos comumente usados ​​em processos de revestimento tradicionais, o que reduz bastante os requisitos de materiais e meio ambiente.

Estruturas orgânicas covalentes são um tipo de materiais altamente porosos e ordenados por cristais, frequentemente descritos como "andaimes moleculares" com buracos em nanoescala. Eles podem ser projetados estruturalmente para atingir múltiplas funções, como absorção de luz, captura de produtos químicos específicos ou proteção de superfícies. No entanto, em aplicações anteriores, o processo de construção de COFs tem sido extremamente "exigente": normalmente requer que os precursores reajam a altas temperaturas durante um longo período de tempo, o processo é complexo e as condições são duras. É difícil de aumentar e não é adequado para uso em substratos sensíveis, como folhas de plantas e filmes flexíveis. A equipa de investigação destacou que nos processos tradicionais, muitas vezes é necessário fazer uma escolha difícil entre "manter a estrutura ordenada do material" e "evitar danos à superfície revestida", e a plataforma de atomização sónica proporciona uma nova forma de quebrar este dilema.

Neste experimento, os pesquisadores usaram folhas de plantas como objetos de teste para verificar o desempenho do revestimento em superfícies biológicas reais: o revestimento COFs pode absorver seletivamente os raios ultravioleta nocivos, ao mesmo tempo que permite que a luz visível passe livremente, permitindo que as plantas continuem a fotossíntese. O experimento mostrou que durante todo o processo de revestimento, irradiação UV e posterior remoção do revestimento, as folhas não apresentaram sinais evidentes de danos durante o período de teste (60 dias), destacando o equilíbrio entre o efeito protetor e a biocompatibilidade deste "spray protetor solar sônico". A equipa de investigação considera isto uma “prova de conceito” e acredita que esta plataforma tem potencial para ser promovida e aplicada em interfaces, dispositivos e sistemas biológicos mais reais.

Em termos de rota técnica, a plataforma microfluídica acústica adota um design de nível de chip, que é pequeno em tamanho e leve. O princípio de funcionamento é esticar e dividir continuamente o líquido precursor que flui através dele em gotículas finas estáveis ​​através de vibrações acústicas de ultra-alta frequência geradas na superfície do chip. Quando depositadas em uma variedade de superfícies, essas gotículas de névoa permitem uma deposição de revestimento suave e altamente controlada, mesmo em tecidos moles tão finos quanto toalhas de papel. Os pesquisadores enfatizaram que este método combina “fabricação” e “revestimento” em uma única etapa, não requer aquecimento adicional ou controle ambiental complexo e tem vantagens óbvias em termos de simplificação do processo e escopo de aplicação.

Em termos de perspectivas de aplicação, a equipa de investigação presta mais atenção às possíveis utilizações de revestimentos COF em materiais altamente sensíveis e dispositivos de nova geração, incluindo têxteis, plásticos, vidro, dispositivos electrónicos à base de silício, etc. No entanto, necessitam urgentemente de camadas de proteção superficial para resistir à luz, à corrosão ou ao ataque químico. A tecnologia de atomização sônica preenche essa lacuna do processo. Os estudiosos envolvidos no estudo apontaram que este método expande muito a possibilidade de COFs de materiais de laboratório para aplicações práticas, abrindo uma nova situação para sua implantação na proteção ambiental, revestimentos funcionais e biotecnologia.

Em termos de escalabilidade, a equipe de pesquisa acredita que esta plataforma acústica em nível de chip é muito adequada para integração com sistemas não tripulados para realizar tarefas de pulverização refinadas em grandes áreas. Graças à miniaturização e às características de baixo custo do dispositivo, a plataforma pode ser instalada em drones ou veículos autônomos para revestir com precisão plantações ou folhas florestais, alcançando "proteção solar de ponto fixo" em grande escala ou outra pulverização funcional em ambientes externos. Combinada com as vantagens da produção em larga escala trazidas pela nanofabricação, os pesquisadores esperam que esta tecnologia seja implantada em larga escala em futuras aplicações de biotecnologia e engenharia ambiental.

Atualmente, esta tecnologia apresentou um pedido provisório de patente na Austrália, e trabalhos de pesquisa relacionados foram publicados na revista acadêmica "Science Advances". A equipe de pesquisa afirmou que avaliará ainda mais a estabilidade e durabilidade do revestimento sob condições de exposição de longo prazo no ambiente natural e explorará suas soluções práticas em proteção de dispositivos eletrônicos, películas de proteção química e outras interfaces sensíveis. Embora ainda não tenham sido respondidas questões sobre a resistência às intempéries no exterior, este novo método de fabrico e deposição de revestimentos que depende de ondas sonoras demonstrou o potencial para perturbar os paradigmas de processo existentes.