Nuevo dispositivo para imprimir usando ondas de sonido

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Científicos de Harvard desarrollan una técnica de impresión que podría afectar a una gran cantidad de industrias, desde productos biofarmacéuticos hasta alimentos y cosméticos.

Cuando tratamos con líquidos e intentamos producir gotas, aún estamos a merced de la gravedad.

Solo tiene que autoadministrarse gotas para los ojos, usando una pipeta que viene con un vial comprado en la tienda, una vez para saber qué tan difícil es aprovechar los poderes de la gravedad a su favor y guiar las gotas precisas de acuerdo con la dosis a su globo ocular.

La maquinaria actual utilizada para inyectar líquidos en cápsulas de pastillas está igualmente limitada por la fuerza de la gravedad, como lo es el mecanismo dentro de una impresora que escupe tinta en un trozo de papel o incluso boquillas que dispensan los ingredientes licuados para hacer dulces.

Sin embargo, si uno puede desafiar la fuerza que nos mantiene a todos anclados, se abre todo un campo de posibilidades, especialmente en el floreciente campo de la fabricación aditiva, donde la tecnología se usa para construir objetos tridimensionales una fina capa a la vez.

Investigadores de la Universidad de Harvard informan en Science Advances que han desarrollado una nueva técnica que usa ondas de sonido para controlar la impresión de gotas bajo demanda, sin importar la viscosidad del líquido.

El autor principal del estudio Daniele Foresti, físico aplicado en Harvard, estaba trabajando en investigaciones no relacionadas en su laboratorio, utilizando levitación acústica para suspender cosas como gránulos de café, agua e incluso mondadientes en el aire, cuando la idea de aplicar lo que estaba haciendo para imprimir lo golpeó.

Pudo poner su visión a prueba cuando se convirtió en becario postdoctoral en el laboratorio dirigido por Jennifer Lewis, un científico de materiales en Harvard y coautor del estudio que se especializa en impresión 3D.

Las impresoras de inyección de tinta típicas crean imágenes usando pequeñas gotas de tinta, pero el tipo de tinta que se usa tiene que caber en un punto dulce de viscosidad, aproximadamente 10 veces más viscoso que el agua, para fluir con la suficiente facilidad para formar gotas rápidamente y gotear hacia abajo con la ayuda de la gravedad.

Pero, ¿qué pasaría si quisieran tener más control sobre los fluidos más espesos ?, se preguntaban los investigadores.

A veces, los biopolímeros basados en azúcar, tan pegajosos como la miel, estamos hablando 25,000 veces más viscosos que el agua, se usan en la fabricación de productos biofarmacéuticos.

Con este objetivo en mente, el equipo creó una herramienta llamada subwavelength acoustophoretic voxel eyector, que es un nombre científico sofisticado para un pequeño dispositivo con una cámara cilíndrica en la que un campo acústico superconfinado crea una fuerza de tracción 100 veces más fuerte que gravedad en la punta de una pequeña boquilla de impresora.

El líquido desciende por la boquilla y, cuando alcanza la punta, comienza a crecer una gotita.

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Justo cuando la gota alcanza el tamaño deseado, se administran ondas de sonido controladas que llenan la cámara con tal intensidad que la gota se desprende directamente de la punta de la boquilla, como “una manzana de un árbol”, dice Lewis, y se guía de forma segura al material debajo donde necesita ser impreso o inyectado.

“El uso de radiación acústica para forzar la caída de una boquilla es nuevo y muy bueno”, dice Bruce Drinkwater, un ingeniero de ultrasonidos de la Universidad de Bristol que no participó en la investigación.

“Lo que esto significa es que a medida que la gota emerge, se puede extraer de forma controlada desde la boquilla.

Es como un par de manos invisibles que moldean y moldean la gota a medida que emerge “.

Cuando se depende de la gravedad simple para mover las gotas precisas a ubicaciones exactas, la viscosidad o el flujo del líquido complica la tarea.

Pero cuando se niega la gravedad, la viscosidad no importa tanto.

El equipo pudo utilizar esta tecnología para “imprimir” gotas de una amplia gama de líquidos, desde metal líquido hasta resina utilizada para fabricar diminutos lentes de cámara para el fluido de células madre.

Si bien los investigadores creen que la tecnología podría usarse en una variedad de campos, es particularmente emocionante para la industria farmacéutica y el campo en desarrollo de productos biológicos, que implica entregar material celular sensible y altamente concentrado a los pacientes para tratar enfermedades.

Como el sonido no penetra fácilmente en los líquidos, el delicado material celular se puede transferir de forma segura utilizando esta nueva técnica, dice Lewis.

“Lo que lo hace una pieza muy importante de trabajo es que es más o menos independiente del líquido que se está imprimiendo, lo que amplía la gama de materiales que se pueden imprimir”, dice Drinkwater.

Incluso imprimieron gotitas de miel en una galleta Oreo.