A área de sensores portáteis produzidos com a técnica de impressão 3D tem evoluído consideravelmente nos últimos anos. No entanto, pesquisadores brasileiros acreditam que há desafios e obstáculos a serem superados para a aplicação prática da tecnologia no monitoramento da qualidade de alimentos. O tema é foco de um estudo realizado por eles, com o objetivo de apresentar um amplo panorama da tecnologia para uso na área de segurança de alimentos, campo ainda pouco explorado na literatura. A aplicação da impressão 3D tem chamado a atenção de estudiosos ao redor do mundo. Algumas revisões da literatura já retrataram a técnica, mas ficaram limitadas a um tipo de sensor ou a aplicações específicas não focadas na detecção de ameaças à segurança dos alimentos. Para se ter uma ideia, dos mais de 3.300 artigos gerados desde o primeiro relato em 2010, de acordo com a base de dados Web of Science, menos de 10% deles são dedicados a análises para a qualidade e segurança de alimentos. Assim, a ampla revisão realizada pelos pesquisadores da Embrapa Instrumentação (São Carlos – SP), Universidade Federal da Bahia (Salvador – BA) e Universidade Federal de São Carlos representa uma importante contribuição sobre a aplicação da técnica na área de segurança de alimentos. Eles abordaram as tendências, desafios críticos, estratégias e perspectivas da aplicação prática de sensores impressos com a técnica de impressão 3D. Há grande potencial e oportunidade para uso dos sensores 3D em toda a cadeia de suprimentos de alimentos. Mas os pesquisadores alertam para a escolha da técnica adequada, que deve ser cuidadosamente avaliada. De acordo com eles, a escolha vai depender da aplicação específica e dos requisitos do objeto impresso em 3D, como por exemplo, da resolução de impressão, composição, resistência mecânica, estabilidade térmica, resiliência química, propriedades, além de custo de fabricação, analito alvo e método de detecção. Além dos avanços recentes no uso de tecnologias de impressão 3D para o desenvolvimento de plataformas de sensoriamento, o estudo fornece informações abrangentes sobre a aplicação delas na detecção de contaminantes de alimentos, incluindo metais pesados, resíduos de pesticidas, patógenos, micotoxinas, antibióticos, alérgenos e adulterantes de alimentos. Vantagens e limitações A impressão 3D, mais comumente conhecida como impressão tridimensional (3D), é uma tecnologia de fabricação aditiva promissora e versátil para fabricação de objetos diversos em três dimensões. Neste processo, camadas sucessivas de materiais, como polímeros e compósitos são depositadas em um determinado substrato, de forma controlada digitalmente (a partir de um modelo 3D digital), para formar estruturas tridimensionais de formato complexo. Os métodos convencionais de análise de alimentos geralmente envolvem técnicas analíticas que exigem instrumentação específica, pessoal treinado e preparação extensa de amostras, além de custos elevados, o que as torna incompatíveis para monitoramento in situ. Neste cenário, as tecnologias de impressão 3D, que podem ser classificadas de acordo com o processo de deposição, aparecem como estratégias promissoras para desenvolvimento de sensores portáteis e de fácil manuseio. Cada uma das várias técnicas de impressão 3D apresenta suas próprias vantagens e limitações e a escolha do método de impressão envolve fatores como os materiais precursores e a complexidade estrutural das construções a serem fabricadas. “Portanto, desenvolver métodos de análise rápidos, sensíveis, baratos, portáteis e fáceis para monitoramento da qualidade e segurança dos alimentos in situ e em tempo real é de suma importância”, diz o pesquisador Daniel Souza Corrêa, da Embrapa Instrumentação (São Carlos – SP), um dos autores do artigo de revisão. Para ele, a segurança dos alimentos e a avaliação da qualidade são vitais para garantir a saúde humana e a confiança do consumidor ao detectar ameças, como a deterioração, contaminação, alérgenos e adulteração de alimentos. Por isso, o pesquisador acredita que os sensores 3D oferecem vantagens importantes, como versatilidade, simplicidade e custo relativamente baixo na fabricação de diferentes tipos de sensores para a detecção de contaminantes variados em alimentos. “A versatilidade dos métodos de impressão 3D permite a preparação rápida sob demanda de sensores e biossensores, dispositivos microfluídicos, suportes vestíveis/flexíveis para camadas de detecção, bem como componentes periféricos, como suportes e interfaces para permitir um ambiente de detecção eficiente”, afirma Corrêa. Para Danilo M. dos Santos, primeiro autor do artigo, as plataformas de detecção impressas têm demonstrado um desempenho notável na detecção de ameaças alimentares, com ênfase nos desenvolvimentos recentes destes sensores impressos portáteis e amigáveis ao consumidor. Santos realiza pós-doutorado sob a supervisão de Daniel Corrêa, no Laboratório Nacional de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio (LNNA), sediado na Embrapa Instrumentação, e onde já são desenvolvidas pesquisas com sensores portáteis impressos para aplicação na agropecuária, meio ambiente e outros setores. Segundo Santos, as inovações da ciência dos materiais e nanotecnologia, combinados aos avanços nas tecnologias de impressão 3D contribuirão para o desenvolvimento contínuo de sensores e biossensores com sensibilidade customizada, estabilidade, seletividade, características mecânicas, ópticas e elétricas. “Cada técnica de impressão 3D exibe um conjunto de parâmetros e otimizá-los continua sendo um desafio, além de ter uma influência crucial nas propriedades das estruturas finais”, diz Santos. O pesquisador esclarece que, no caso da fabricação de biossensores, a incorporação de elementos de biorreconhecimento, como enzimas, anticorpos, ácidos nucléicos, entre outros, na matéria-prima impressa continua sendo um desafio para a impressão completa das plataformas. “Isso ocorre porque a tinta deve atuar como suporte de imobilização para fixar biomoléculas na superfície do transdutor, bem como mantê-los funcionais após o processamento e durante as medições para detectar os analitos - substância ou componente químico em uma amostra, que é alvo de análise em um ensaio”, explica Santos. Rumos da pesquisa Entre as tecnologias de impressão 3D, os pesquisadores destacaram a de fabricação de filamentos fundidos (FFF) e a de estereolitografia (SLA) como as técnicas mais empregadas, no geral, para o desenvolvimento de sensores. Segundo Santos, os métodos de escrita direta a tinta (DIW) ou processo de impressão por jato de aerossol (AJP) ainda estão em estágios iniciais, mas têm grande potencial para serem aplicadas na fabricação de diversas plataformas de sensoriamento híbridas. “Além disso, a combinação dessas técnicas de impressão pode ser explorada para preparar plataformas e dispositivos Point of Care (POC) - testes no ponto de atendimento, em português - precisos, rápidos, de baixo custo e altamente sensíveis para analisar simultaneamente vários analitos em amostras de alimentos”, afirma o pós-doutorando. Para a professora Luiza A. Mercante, da UFBA, os esforços de pesquisa devem ser dedicados à impressão total de plataformas por meio da incorporação de elementos de biorreconhecimento, bem como através do desenvolvimento de estratégias eficazes para a imobilização destes elementos para melhorar ainda mais a eficiência de detecção. “Para uma impressão 3D bem-sucedida de dispositivos analíticos, precisamos considerar a definição da aplicação do objeto impresso; compreender os materiais e escolher a técnica de impressão 3D adequada; otimizar o processo de fabricação e examinar a qualidade da estrutura impressa”, diz a professora. Além disso, ela lembra que procedimentos adicionais como limpeza, acabamento de superfície e endurecimento do material polimérico são frequentemente necessários na maioria dos processos de impressão e, em alguns casos, são necessárias até modificações adicionais para melhorar o desempenho do objeto impresso como plataforma de detecção. O trabalho de revisão, publicado em maio deste ano pela revista TrAC Trends in Analytical Chemistry, recebeu o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Rede de Nanotecnologia aplicada ao Agronegócio (Rede Agronano) e Embrapa. Assinado por Danilo M. dos Santos, Rafael M. Cardoso, Fernanda L. Migliorini, pós-doutorandos do LNNA, pelos pesquisadores da Embrapa Instrumentação Daniel Corrêa e Luiz Henrique Capparelli Mattoso, o artigo “Advances in 3D printed sensors for food analysis” também teve a participação do estudante Murilo HM Facure, em doutorado pelo Programa de Pós-Graduação em Química da UFSCar, e da professora Luiza A. Mercante da UFBA.