Imprimir mediante sonido

Un nuevo método de impresión utiliza ondas sonoras para generar gotas de líquidos con un abanico sin precedentes de composición y viscosidad. Esta técnica podría permitir finalmente la fabricación de muchos nuevos biofármacos, productos cosméticos y alimentos, así como expandir las posibilidades de los materiales ópticos y conductores.

En la nueva técnica de impresión acústica, las ondas sonoras generan una fuerza controlable que tira de cada gota desde el inyector, una vez alcanzado para esta un tamaño preciso, y la envía al objetivo de impresión. (Imagen: Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Harvard University)

El logro es obra del equipo de Jennifer Lewis y Daniele Foresti, de la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS, por sus siglas en inglés), entidad vinculada a la Universidad Harvard en Estados Unidos.

Aprovechando las fuerzas acústicas, Lewis y sus colegas han creado una nueva tecnología que permite que se impriman con este método un sinfín de materiales bajo demanda.

Las gotitas líquidas se usan en muchas aplicaciones, desde la tinta de impresión en papel a la creación de microcápsulas para el suministro de alta precisión de fármacos. La impresión por chorro de tinta es la técnica más común utilizada para estampar gotas líquidas, pero solo es adecuada para líquidos que son aproximadamente 10 veces más viscosos que el agua. Sin embargo, muchos fluidos de interés para los investigadores de diversos campos científicos son mucho más viscosos. Por ejemplo, las soluciones de biopolímeros o cargadas de células, que son vitales para los biofármacos y para la bioimpresión, son al menos 100 veces más viscosas que el agua. Algunos biopolímeros basados en azúcares podrían ser tan viscosos como la miel, que es 25.000 veces más viscosa que el agua.

La viscosidad de estos fluidos también cambia grandemente con la temperatura y con pequeños cambios de composición, lo que dificulta aún más optimizar los parámetros de impresión para controlar los tamaños de las gotas.

El objetivo que el equipo de Lewis y Foresti se fijó es, a grandes rasgos, desarrollar un sistema de impresión que sea independiente del grado de viscosidad y otras propiedades materiales del fluido. Para hacerlo, los investigadores han adoptado las ondas acústicas.

Gracias a la gravedad, cualquier líquido puede gotear, desde el agua que lo hace desde un grifo al experimento de caída de brea que ya dura un siglo. Valiéndose solo de la gravedad, el tamaño de la gota permanece grande y el ritmo de caída es difícil de controlar. La brea, que tiene una viscosidad del orden de 100.000 millones de veces mayor que la del agua, forma una sola gota por década.

Para mejorar la formación de gotas, el equipo de investigación aprovecha la generación de ondas de sonido. Estas ondas de presión se han usado para desafiar la gravedad, como ocurre con la levitación acústica. Ahora, en cambio, el equipo de Lewis y Foresti las ha utilizado para ayudar a la gravedad.

Estos científicos construyeron un resonador acústico de sublongitud de onda que puede generar un campo acústico altamente confinado, lo que resulta en una fuerza de tracción en la punta del inyector de impresión que supera en 100 veces a la fuerza normal de la gravitación (la que experimentamos en nuestra vida cotidiana), o en más de cuatro veces la fuerza gravitatoria sobre la “superficie” del Sol.

Esta fuerza controlable tira de cada gota procedente del inyector cuando alcanza un tamaño específico y la eyecta hacia el objetivo de impresión. Cuanto mayor es la amplitud de las ondas sonoras, más pequeño es el tamaño de la gota, a despecho del grado de viscosidad del fluido.

Los investigadores ensayaron el proceso sobre una amplia gama de materiales, desde miel a “tintas” para células madre, pasando por biopolímeros, resinas ópticas e, incluso, metales líquidos. Un aspecto importante es que las ondas sonoras no viajan a través de la gota, lo que hace que el método sea seguro de usar incluso con carga biológica sensible, como células vivas o proteínas.

Ncyt.-