Investigadores del Centro de Nano Ciencia e Ingeniería (CeNSE), IISc, han desarrollado un bajo costo, técnica de impresión de gota bajo demanda capaz de generar una amplia gama de tamaños de gotas utilizando una variedad de tintas. Aparte de la impresión tradicional, también podría ser útil para la impresión 3D de células vivas, materiales cerámicos, circuitos electrónicos y componentes de máquinas.

Las impresoras que se utilizan actualmente, desde las de inyección de tinta hasta las bioimpresoras que dispensan células vivas, tienen una boquilla con una pequeña abertura para expulsar las gotas. Sin embargo, partículas en la tinta o una suspensión celular pueden obstruir la abertura, lo que limita la cantidad de partículas o células que se pueden cargar inicialmente. Como consecuencia, el grosor de la capa que se puede imprimir también es limitado.

La nueva técnica reemplaza la boquilla con una malla cubierta con nanocables tratados químicamente que repelen el agua. Cuando una gota grande impacta en esta malla, rebota. Sin embargo, una pequeña parte del líquido se expulsa a través del poro de la malla como un chorro que se rompe para crear una gota a microescala, que luego se imprime en una superficie.

Debido al corto tiempo de contacto de la gota que impacta con la malla (aproximadamente 10 ms), las partículas en la tinta no tienen la posibilidad de obstruir el poro de la malla, dicen los investigadores. Esto les permitió cargar la tinta con mayores cantidades de nanopartículas, permitiendo la impresión de líneas muy gruesas en un solo ciclo. La malla también se puede limpiar y reutilizar fácilmente.

"La malla cuesta solo una pequeña fracción de las boquillas que reemplaza. Esto reduce significativamente el costo operativo en comparación con las técnicas de impresión convencionales, "dice Prosenjit Sen, Profesor asociado en CeNSE y autor principal del estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza .

Sen y su laboratorio han estado trabajando en el desarrollo de superficies nanoestructuradas que pueden repeler el agua. Cuando las gotas grandes golpean tales mallas nanoestructuradas a altas velocidades, los chorros son expulsados. Mientras estudiaba este fenómeno, los investigadores encontraron que la velocidad del chorro expulsado era sorprendentemente más alta que la velocidad de la gota que impactaba.

"Este fue el primer indicio de que algún mecanismo estaba desempeñando un papel en el enfoque de la energía cinética, "dice Chandantaru Dey Modak, primer autor y Ph.D. estudiante en CeNSE. "En este punto, comenzamos a hacer las siguientes preguntas:¿Qué es este mecanismo de enfoque? ¿Se puede explotar este mecanismo para generar de forma fiable gotas de microescala únicas? "

El equipo capturó videos de alta velocidad (50, 000 a 80, 000 fotogramas por segundo) de estas gotas impactantes, y descubrió que se estaba formando una cavidad de aire en el centro de la gota. Durante la fase de retroceso del impacto, esta cavidad colapsó, enfocando toda la energía cinética en un solo punto, resultando en la generación de gotitas individuales. No se generaron gotas "satélites", gotas secundarias que resultan en una dispersión no deseada. El tamaño de las gotas expulsadas también podría modificarse ajustando el tamaño de los poros de la malla.

Los investigadores pudieron demostrar el uso de esta técnica para diversas aplicaciones. "Con la impresión de impacto de gota, podríamos imprimir pilares en 3D de diferentes tamaños, un circuito electrónico para aplicaciones de dispositivos semiconductores, y matrices de gotitas de base biológica para cultivo celular, "dice Modak." La capacidad de imprimir una amplia gama de tamaños de gotas mientras se utilizan diferentes tipos de tintas para diferentes aplicaciones hace que esta técnica sea única ".