Los autores desean agradecer a Innovate UK por financiar esta investigación bajo los proyectos DIRECT (33417-239227) y PCAP (27508-196153). Los autores también desean agradecer a PVOH Polymers Ltd., por proporcionar materiales y orientación profesional durante este trabajo, y Unilever, AkzoNobel y Carclo Technical Plastics, por su apoyo.

1. Formulación de tinta <ol><li> Preparar la solución para IJP disolviendo alcohol polivinílico (8% en peso de PVOH en agua) en agua purificada calentada a 60 ° C. </li><li> Añadir a la solución 10 g de mono-propilenglicol (MPG) (10% en peso de mono-propilenglicol en agua), como humectante. NOTA: El papel del humectante es evitar bloqueos en el cabezal de impresión. </li><li> Agitar la solución durante varias horas para garantizar la homogeneidad y luego filtrar a través de un filtro de 5 μm para eliminar las partículas que podrían bloquear las boquillas. </li><li> Evaluar visualmente la homogeneidad de la tinta, especialmente para cualquier incidencia de sedimentación. Si se observa sedimentación, entonces se agita / ultra-sonifica la solución durante un largo tiempo (días) o se formula una nueva solución acuosa con un PVOH de bajo peso molecular. NOTA: Guarde todos los líquidos en vasos sellados a temperatura ambiente. </li></ol> 2. Caracterización de la tinta <ol><li> Realizar todo el carácter de tintaA temperatura ambiente en un ambiente de sala limpia. </li><li> Mida la viscosidad de la solución usando un viscosímetro. NOTA: Esta prueba es necesaria para asegurar que la tinta formulada sea compatible con el hardware IJP. El proceso de impresión por chorro de tinta requiere una solución de baja viscosidad de 4-20 cP. Medir la viscosidad de la tinta como una función de la velocidad de cizallamiento utilizando un viscosímetro rotacional. </li><li> Pruebe la tensión superficial de la tinta a temperatura ambiente usando el método de caída colgante. Utilice una herramienta de medición apropiada tal como un tensiómetro. Utilice el protocolo del fabricante. NOTA: Una solución típica para la impresión por chorro de tinta tiene una tensión superficial de 30-40 mN / m. </li><li> Pruebe el pH usando un medidor de pH. Utilice el protocolo del fabricante. NOTA: El pH es un parámetro esencial en las tintas a base de agua, ya que proporciona información esencial sobre las propiedades y la estabilidad de las soluciones formuladas. Una solución neutra pH de 7 garantiza un p estableY una buena vida útil para el cabezal de impresión. </li><li> Evaluar la humectabilidad de la tinta en diferentes sustratos midiendo el ángulo de contacto a través de un experimento de gota sésil. Utilice un tensiómetro para medir la energía superficial de los posibles sustratos ( por ejemplo, vidrio, plástico y papel). Medir la energía superficial utilizando el protocolo suministrado por el fabricante del tensiómetro. NOTA: La interacción entre la gota y el sustrato tiene un fuerte impacto en la calidad de impresión. Para asegurar la buena adhesión de la tinta al sustrato, la energía superficial del sustrato debe superar la tensión superficial de la tinta de 10-15 mN / m. </li></ol> 3. Impresión por chorro de tinta NOTA: Todas las deposiciones de impresión por chorro de tinta se llevaron a cabo a temperatura ambiente. Las multicapa PVOH se depositaron utilizando una máquina de impresión híbrida piezoeléctrica de chorro de tinta. Se utilizó un cabezal de impresión con 512 toberas (256 x 2 filas), un diámetro de boquilla de 30 μm y un tamaño de gota de 42 pLD en este trabajo. <ol><li> Antes de imprimir, limpie a fondo los sustratos de vidrio con acetona / metanol / isopropanol y agua Di. Seque los sustratos con una pistola N 2 . </li><li> Cargue el sustrato sobre el lecho de impresión y asegúrelo firmemente. </li><li> Prepare el cartucho descargando la tinta a través del cabezal de impresión. Retire el aire o la solución limpiadora del depósito y las toberas. </li><li> Introduje el cartucho en la impresora. Conecte el cabezal de impresión al administrador de impresión global de sistemas de inyección de tinta (GIS) a través de la tarjeta de personalidad principal. </li><li> Cargue la solución en la jeringa de 150 ml situada por encima del cartucho y selle la jeringa con una tapa hermética. </li><li> Purgar la tinta a través de la boquilla presionando el botón de purga. NOTA: La distancia de la boquilla-sustrato tiene una fuerte influencia en la trayectoria del chorro y por lo tanto en la calidad del patrón impreso. Por lo tanto, ajuste la distancia entre la boquilla y el sustrato utilizando el software de la impresora para reducir la dispersión del chorro. </li><li> ConjuntoLa forma de onda y los parámetros de impresión utilizando el software de impresión SIG y la Tabla 2 . NOTA: La interfaz de software GIS permite el control tanto de la amplitud de tracción y liberación como de la anchura. </li><li> Cargue el archivo de imagen deseado para imprimir utilizando el software Gestor de impresión GIS. </li><li> Inicie el proceso digital e imprima el patrón de imagen en el sustrato. </li></ol> 4. Análisis del patrón impreso <ol><li> Investigar la calidad de los patrones impresos utilizando un microscopio óptico. Compruebe la presencia de defectos dentro de las características impresas y evalúe la mejora en la calidad cuando se imprimieron más capas. </li><li> Evaluar la topología superficial y el perfil de espesor de las multicavidades impresas por chorro de tinta usando un perfilómetro de superficie 3D sin contacto (basado en interferometría de luz blanca) a través de un microscopio óptico 3D. NOTA: Más detalles sobre las mediciones y los instrumentos que se utilizaron para formular / imprimir y caracterizar elLos patrones impresos se presentan en la referencia 21 . </li></ol>

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Los autores no tienen nada que revelar.

En este trabajo, demostró con éxito la capacidad de la tecnología de impresión por chorro de tinta para depositar polímeros multicapa. Se investigó el comportamiento reológico, y los resultados experimentales demuestran que la tinta formulada presenta un comportamiento pseudoplástico de cizallamiento. Además, la tinta PVOH es una solución neutra (pH 7) y muestra buena estabilidad a lo largo del tiempo. En particular, se demostró con éxito que la tecnología IJP es capaz de producir estructuras multicapa de alcohol polivinílico, pero se requieren más mejoras en la cobertura de impresión y calidad general. Además, para mejorar la precisión de los patrones impresos, se necesita una mejor comprensión de la interacción entre la tinta y el sustrato, así como entre capas adyacentes, junto con un control más efectivo del comportamiento de chorro. Drop-on-demand (DOD) IJP es un método moderno usado para depositar materiales, y recientemente haAtención de la comunidad investigadora. DOD La tecnología IJP tiene la capacidad de depositar una amplia gama de materiales, desde polímeros hasta metales e incluso productos farmacéuticos. Sin embargo, existen varios desafíos, como el depósito de capas impresas libres de defectos; Lograr un patrón de alta resolución 26 ; Y producir estructuras delgadas (menos de 1 μm), de capas múltiples. En particular, la resolución impresa está definida por el volumen de las gotas eyectadas, y actualmente, el volumen máximo que se puede dispersar es aproximadamente 1 pL. Sin embargo, se espera un mayor desarrollo en un futuro próximo. Además, tanto la tinta como el cabezal de impresión son igualmente responsables en el proceso de impresión del DOD. Por ejemplo, para la tinta, los parámetros clave, tales como la tensión superficial, la viscosidad y el pH, deben ser compatibles con el hardware IJP. Para controlar la velocidad de evaporación y así mejorar la uniformidad de la capa o capas impresas, puede usarse un codisolvente. Por otro lado, para el cabezal de impresión, El diseño de la forma de onda, la duración y la amplitud de los impulsos aplicados son los parámetros clave en el proceso de impresión. Una estrategia reciente en el sector de la electrónica es identificar maneras de fabricar dispositivos electrónicos ecológicos. En este contexto, la tecnología 3D IJP es sin duda una de las tecnologías más prometedoras para reducir la radiación perjudicial y la generación de calor causada por la fabricación y también para lograr reducciones de costes. IJP es capaz de revolucionar todo el sistema de fabricación de dispositivos electrónicos, incluyendo selección de materiales, diseño y fabricación, configuración y arquitectura de dispositivos. La tecnología 3D IJP es una alternativa fiable a la vía de fabricación tradicional, y lo más importante, es un paso proactivo para minimizar los efectos negativos sobre el medio ambiente.

El alcohol polivinílico es semicristalino, artificial, no tóxico, soluble en agua, insoluble en la mayoría de los disolventes orgánicos, biodegradable y biocompatible en tejidos humanos y tiene excelentes propiedades de barrera al gas 1 . Además, debido a sus muchas propiedades útiles, el PVOH es ampliamente utilizado en un gran número de aplicaciones. Hoy en día, PVOH se utiliza en: la fabricación de productos de limpieza y detergentes, la industria de envasado de alimentos, tratamiento de agua, textiles, agricultura y construcción (como aditivos) 1 . Sin embargo, el PVOH ha atraído recientemente una mayor atención para los usos farmacéuticos 2 ( es decir, para el suministro de fármacos) y en aplicaciones médicas 3 , 4 ( por ejemplo, vendajes de heridas, lentes de contacto blandas, gotas para los ojos e implantes blandos para reemplazo del cartílago). Las películas de PVOH se producen ya sea a través de una forma fundida o en forma de solución. El proceso de fundido es compatSólo con PVOH con bajos niveles de hidrólisis o PVOH fuertemente plastificado. Por lo tanto, al utilizar esta vía, algunas propiedades pueden ser sacrificadas 1 . Por otra parte, se puede depositar una capa de PVOH a través de la forma de solución por colada de colada 5 , recubrimiento por centrifugación 6 , o por electrospinning 7 . Sin embargo, estos métodos tienen una serie de limitaciones en términos del desperdicio de material no deseado. Por ejemplo, en el caso del recubrimiento por centrifugación, se ha informado 8 que se desperdicia el 95% del material. Además, estos métodos son bastante rígidos en términos de diseño / características (sin capacidad de patrón) y tienen un alto coste total de procesamiento. Con el fin de superar la limitación de la solución convencional de procesamiento, aquí exploramos el potencial de la tecnología de impresión de inyección de tinta para proporcionar una plataforma novedosa para producir alcohol polivinílico (PVOH) estructuras multicapa que tienen un fuerte impacto en el material y la aplicaciónPerspectivas de innovación. Los recientes desarrollos en el sector manufacturero se han centrado en procesos baratos, simples, ecológicos y de ahorro de energía. La impresión por inyección de tinta (IJP) es un proceso de fabricación moderno que encaja perfectamente dentro de este marco. Las principales ventajas de la tecnología IJP son la eficiencia en el uso del material, el diseño digital (sin máscara) y aditivo, la gran capacidad de área, la compatibilidad con sustratos rígidos / flexibles y el bajo costo. IJP es un método de deposición que utiliza materiales poliméricos dispersos en un disolvente. Hasta la fecha, se han depositado con éxito materiales poliméricos 9 , cerámicos- 10 , nanomateriales conductores- 11 , 2D- 12 , biológicamente y farmacéuticamente 13 . Recientemente, se ha informado que la IJP estuvo implicada en la deposición de componentes como parte de dispositivos electrónicos,Tales como transistores 14 , sensores 15 , células solares 16 , y dispositivos de memoria 17 , así como en el envase electrónico 18 . La tinta, el cartucho y el sustrato son componentes igualmente importantes que se emplean en el proceso de impresión. En primer lugar, las propiedades físicas de la tinta, tales como la tensión superficial y las propiedades reológicas ( es decir, la viscosidad por cizallamiento), tienen un impacto significativo en el comportamiento de imprimibilidad. Además, el pH desempeña un papel importante tanto en la solución ( por ejemplo, en el secado, la formación de espuma y la viscosidad) como en la vida útil del cartucho de impresión IJP. En segundo lugar, para el cartucho (piezoeléctrico), la forma de onda de la tensión de accionamiento define realmente la formación de la gota y la direccionalidad y la uniformidad del chorro de líquido. Por último, es imperativo que la interacción tinta / sustrato se entiende muy bien, ya que la resolución y precisiónDel objeto impreso dependen fuertemente de esta interfaz. La evaporación del disolvente, los cambios de fase de líquido a sólido, y las reacciones químicas son los principales procesos que ocurren entre la gota de fluido y el sustrato. Todos los aspectos relacionados con la IJP, desde las propiedades de tinta hasta los mecanismos de gota / sustrato, se destacan en los artículos de revisión de Hutchings 19 y Derby 20 . En este estudio, exploramos las capacidades de IJP para fabricar multicapa de alcohol polivinílico. En primer lugar, se formuló una tinta a base de agua PVOH, y se investigaron las propiedades físicas principales, tales como el comportamiento reológico, la tensión superficial y el pH. En este trabajo, se empleó una impresora de chorro de tinta piezoeléctrica, y se identificaron entonces los parámetros de forma de onda apropiados. Se imprimieron multicapas de PVOH y se evaluó la calidad y los perfiles de superficie / espesor mediante microscopía óptica.

<table><tbody><tr><td>Polyvinyl alcohol&amp;nbsp;</td><td>PVOH Polymers Ltd, UK</td><td>Poval 4-88</td><td></td></tr><tr><td>Mono-propylene glycol&amp;nbsp;</td><td>Sigma Aldrich, UK</td><td>W29004</td><td></td></tr><tr><td>DV2T viscometer&amp;nbsp;</td><td>Brookfield, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Attension Theta Optical Tensiometer&amp;nbsp;</td><td>Biolin Scientific, Sweden</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HANNA pH meter&amp;nbsp;</td><td>HANNA Instruments, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>industrial Inkjet XYPrint100Z</td><td>Industrial Inkjet Ltd, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ContourGT-K 3D optical microscope&amp;nbsp;</td><td>Bruker Corp, USA</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

inkjet-printed polyvinyl alcohol multilayers

La impresión por inyección de tinta es un método moderno para el procesamiento de polímeros, y en este trabajo, demostramos que esta tecnología es capaz de producir estructuras de múltiples capas de alcohol polivinílico (PVOH). Se formuló una solución acuosa de alcohol polivinílico. Se investigaron las propiedades intrínsecas de la tinta, tales como la tensión superficial, la viscosidad, el pH y la estabilidad en el tiempo. La tinta basada en PVOH era una solución neutra (pH 6,7) con una tensión superficial de 39,3 mN / my una viscosidad de 7,5 cP. La tinta mostró comportamiento pseudoplástico (no-Newtonian shear thinning) a bajas tasas de cizallamiento, y en general, demostró una buena estabilidad en el tiempo. Se investigó la humectabilidad de la tinta sobre diferentes sustratos y se identificó el vidrio como el sustrato más adecuado en este caso particular. Se empleó una impresora de inyección de tinta 3D propietaria para fabricar estructuras multicapa de polímero. La morfología, el perfil superficial y la uniformidad del espesor de las multicapas impresas por chorro de tinta se evaluaron mediante microscopía óptica.

Se investigaron las propiedades físicas de la tinta a base de agua PVOH, tales como la tensión superficial, el comportamiento viscoso / reológico, el pH, la humectación y la estabilidad en el tiempo. La viscosidad de la tinta utilizada en este trabajo fue de 7,5 cP, y la tensión superficial fue de 39,3 mN / m. Además, la tinta formulada era neutra (pH 7), con los resultados resumidos en la Tabla 1 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Tinta </td><td colspan="3"> Tensión superficial (mN / m) </td><td colspan="3"> Viscosidad (cP) 1 min / 25 rpm </td><td> PH </td></tr><tr><td> PVOH_ink </td><td colspan="3"> Val media. = 39,5; SE = 0,2 </td><td colspan="3"> Val media. = 7,6; SE = 0,17 </td><td> 6,75 pm 0,05 * </td></tr></tbody></table><strTabla 1: Parámetros de la tinta. En esta tabla se enumeran los parámetros clave de la tinta formulada, tales como la tensión superficial, la viscosidad y el pH. Se realizó un examen visual de la solución con el fin de comprobar la homogeneidad e identificar cualquier sedimentación o floculación de la tinta. Como puede verse en la Figura 1 , la solución formulada está libre de partículas grandes y tiene un aspecto lechoso. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig1.jpg" /> Figura 1: Tinta a base de agua PVOH. Esta imagen muestra que después de la formulación, la solución está claramente libre de partículas grandes visibles. Además, debe resaltarse que las propiedades reológicas de la solución juegan un papel crucial en el comportamiento de imprimibilidad; Se analizan por este motivo. El comportamiento reológico se examinó midiendo la viscosidad en función de la velocidad de cizallamiento. Como se muestra en la Figura 2 , la viscosidad disminuyó con el aumento de la velocidad de cizallamiento, mostrando un comportamiento de adelgazamiento de corte no newtoniano sobre el intervalo de velocidades de cizallamiento de 1 a 100 s -1 . <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig2.jpg" /> Figura 2: Viscosidad en función de la velocidad de corte. La tinta formulada presenta un comportamiento pseudo-plástico / no-newtoniano de cizalladura a bajas velocidades de cizallamiento. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55093/55093fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> Es importante enfatizar que la estabilidad de la tinta es crucial para mantener la calidad durante la impresión; Por lo tanto, se evaluó la estabilidad de la tinta en condiciones ambientales. El stabiLity se realizó midiendo la viscosidad y pH de la tinta de PVOH como una función del tiempo a través de mediciones diarias consecutivas durante 30 días. La Figura 3 ilustra los histogramas de los datos recogidos, que incluyen tanto los valores de desviación media como estándar. <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig3.jpg" /> Figura 3: Histograma de la viscosidad (izquierda) y pH (derecha) de la tinta a base de agua PVOH. Con el fin de asegurar un proceso confiable y reproducible, se investigó la estabilidad de la tinta, y los resultados se ilustran en esta imagen. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55093/55093fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> Además, durante el IJP, el proceso de chorro ( es decir, tirando tinta en la cámara y expulsando tinta hacia afueraA través de las toberas) está totalmente controlada por la deformación física de la membrana piezoeléctrica después de la aplicación del potencial eléctrico. Es muy importante reiterar que la fiabilidad y consistencia de los chorros están completamente definidas por las propiedades de la tinta y los ajustes óptimos de la forma de onda. Se identificaron los parámetros óptimos de la forma de onda, tales como el impulso de tensión de arrastre (VD) y el pulso de liberación (VR), que se incluyen en la Tabla 2 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="2"> Tinta </td><td> Dibujar pulso </td><td></td><td> Pulso de liberación </td><td></td></tr><tr><td colspan="2"></td><td> Voltaje (V) </td><td> Tiempo (μs) </td><td> Voltaje (V) </td><td> Tiempo (μs) </td></tr><tr><td colspan="2"> PVOH_ink </td><td> 15 </td><td> 5 </td><td> 7,5 </td&gt; <td> 10 </td></tr></tbody></table> Tabla 2: Parámetros de impresión (forma de onda) aplicados al cabezal de impresión piezoeléctrico en el experimento. Las amplitudes y anchuras de los pulsos de extracción y de liberación son cruciales para las prestaciones de chorro. Se deben identificar los valores apropiados para asegurar una capa impresa de alta calidad. Como punto de partida, las amplitudes / anchuras de los impulsos de tensión se seleccionaron en consecuencia, con las propiedades del fluido incluyendo tanto la tensión superficial como la viscosidad. A continuación, se imprimió un patrón y se evaluó la calidad de las capas impresas. Además, los ajustes de la forma de onda se ajustaron hasta que se alcanzó la mejor calidad. Además, las interacciones gota-sustrato juegan un papel importante en la calidad de impresión. Es bien sabido que una buena adherencia delK al sustrato tiene lugar si la energía superficial del sustrato excede la tensión superficial 22 de la tinta 10-15 mN / m. En primer lugar, se ensayaron las energías superficiales de varios sustratos potenciales ( es decir, vidrio, plástico, papel electrónico y papel fotográfico), y los resultados se incluyen en la Tabla 3 . Con el fin de identificar la mejor combinación de sustrato a tinta, se comparó la energía superficial de los sustratos ensayados y la tensión superficial de la tinta formulada, y se seleccionó el portaobjetos de vidrio para trabajos adicionales. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="2"> Sustrato </td><td> Energía superficial (mN / m) </td></tr><tr><td colspan="2"> Diapositiva de vidrio </td><td> sesenta y cinco </td></tr><tr><td colspan="2"> El plastico </td><td> 51,5 </td></tr><tr><td colspan="2"> Papel electrónico </td><td> 50,8 </td></tR <tr><td colspan="2"> papel fotográfico </td><td> 47,5 </td></tr></tbody></table> Tabla 3: Energías libres de superficie de cuatro sustratos potenciales. Para asegurar la excelente adhesión de la tinta al substrato, se determinaron las energías superficiales de cuatro sustratos potenciales. Por lo tanto, para la adhesión apropiada de la tinta al substrato, la tensión superficial de la tinta debe seguir la regla de 10 puntos ( es decir, la tensión superficial debe ser menor de al menos 10 mN / m que la energía superficial de la superficie del sustrato ). A continuación se investigó el comportamiento de humectación de la tinta de PVOH. Tal como se ilustra en la figura 4 (cuadro de inserción), la tinta de PVOH demuestra un buen nivel de humectabilidad con el ángulo de contacto de &quot;primer contacto&quot; de 54,5 ± 0,1 ° (la precisión de la medición del ángulo de contacto se indica en ± 0,1 °). losLa evolución del ángulo de contacto con el tiempo se presenta en la Figura 4 ; Se puede observar que se produce una ligera disminución del ángulo de contacto en los primeros 25 s, después de lo cual es bastante constante. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig4.jpg" /> Figura 4: Ángulo de contacto en función del tiempo para el sustrato de tinta / vidrio PVOH. Inserción: imagen de la gota de tinta sobre el sustrato de vidrio. Las micrografías ópticas de la IJP de PVOH con 10 y 75 capas se ilustran en la Figura 5 . Una serie de defectos generados por un muy conocido anillo de café / manchas efecto 23 , 24 se revelan en el caso de que el patrón fue hecho por 10 pases de impresión ( Figura 5a ]. No obstante, es interesante observar que la calidad ha mejorado mucho después de imprimir 75 capas.<html> Está claro que la formación de anillo se suprimió eficazmente cuando se imprimieron 75 capas ( Figura 5b ). La mejora observada en la calidad del patrón impreso puede deberse al cambio en la velocidad de evaporación del disolvente / flujo de fluido y al cambio en la interacción de la interfaz entre un gran número de capas superpuestas. Además, calentar el sustrato durante la deposición y usar un co-disolvente volátil son dos posibles aproximaciones para superar estos defectos. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig5.jpg" /> Figura 5: Micrografías ópticas de impresión por inyección de tinta PVOH con (a) 10 y (b) 75 capas de pasadas de impresión. La calidad de las capas impresas se evaluó mediante microscopía óptica. Esta imagen compara la calidad de 10 y 75 capas impresas. La imagen revela que la calidad se ha mejorado mucho cuando se imprimieron 75 capas.Ftp_upload / 55093 / 55093fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. El logo &quot;Warwick&quot; fue impreso por 100 pases de impresión, y se investigó el perfil de superficie y la uniformidad del grosor. Como puede verse en la figura 6 , la primera parte del patrón está parcialmente cubierta. Sin embargo, las áreas mal cubiertas se pueden vincular al efecto de &quot;primera caída&quot; 25 en el proceso de impresión. Como se esperaba, este efecto también refleja la uniformidad del grosor ( es decir, el grosor no es uniforme en toda la zona escaneada). <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig6.jpg" /> Figura 6: El logotipo &quot;Warwick&quot; impreso con los perfiles de la superficie de la tinta a base de agua PVOH (izquierda) y del espesor (derecha). Esta imagen muestra que elLa primera letra del patrón está mal cubierta; Esto también se refleja en la uniformidad del grosor. Sin embargo, el resto del patrón impreso parece bastante bueno.

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Inkjet-printed Polyvinyl Alcohol Multilayers

Se utilizó una impresora de chorro de tinta para fabricar multicapas de alcohol polivinílico. Se formuló tinta a base de agua de alcohol polivinílico y se investigaron las propiedades físicas principales.

Multilingüe de alcohol polivinílico impreso con chorro de tinta

Inkjet printing is a modern method for polymer processing, and in this work, we demonstrate that this technology is capable of producing polyvinyl alcohol ...

inkjet-printed-polyvinyl-alcohol-multilayers

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

12.5K vistas.  De Montfort University.  Se utilizó una impresora de chorro de tinta para fabricar multicapas de alcohol polivinílico. Se formuló tinta a base de agua de alcohol polivinílico y se investigaron las propiedades físicas principales. 

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Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a combinatorial library of materials to be screened in a parallel, high throughput format1. Herein is described the formation and characterization of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique 2. This involves mixing monomers at varied ratios to produce a library of monomer solutions, transferring the solution to a glass slide format using a robotic printing device and curing with UV irradiation. This format is readily amenable to many biological assays, including stem cell attachment and proliferation, cell sorting and low bacterial adhesion, allowing the ready identification of 'hit' materials that fulfill a specific biological criterion3-5. Furthermore, the use of high throughput surface characterization (HTSC) allows the biological performance to be correlated with physio-chemical properties, hence elucidating the biological-material interaction6. HTSC makes use of water contact angle (WCA) measurements, atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). In particular, ToF-SIMS provides a chemically rich analysis of the sample that can be used to correlate the cell response with a molecular moiety. In some cases, the biological performance can be predicted from the ToF-SIMS spectra, demonstrating the chemical dependence of a biological-material interaction, and informing the development of hit materials5,3.

A description of the formation of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique. The high throughput surface characterization using atomic force microscopy, water contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and time of flight secondary ion mass spectrometry and a cell attachment assay is also described.

Microarrays de polímeros de alto rendimiento para el descubrimiento de Biomateriales

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Investigación

Bioingeniería

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in combination with their outstanding thermal and chemical stability, and low densities. However, their insoluble nature causes problems in their processing since usually applied techniques such as spin coating are not available. Especially for membrane applications, where the processing of CMP as thin films is desirable, the processing problems have hindered their commercial application.
Here we describe the interfacial synthesis of CMP thin films on functionalized substrates via molecular layer-by-layer (l-b-l) synthesis. This process allows the preparation of films with desired thickness and composition and even desired composition gradients.
The use of sacrificial supports allows the preparation of freestanding membranes by dissolution of the support after the synthesis. To handle such ultra-thin freestanding membranes the protection with sacrificial coatings showed great promise, to avoid rupture of the nanomembranes. To transfer the nanomembranes to the desired substrate, the coated membranes are upfloated at the air-liquid interface and then transferred via dip coating.

In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

Síntesis de capa por capa y Transferencia de Independientes conjugados microporosas de polímero nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

Química

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. Conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), and a semiconducting polymer, poly(thieno[3,2-b]thiophene) (PTT), were deposited on unconventional highly-disordered and textured substrates with high surface areas, such as paper, towels and fabrics. This reported deposition chamber is an improvement of previous vapor reactors because our system can accommodate both volatile and nonvolatile monomers, such as 3,4-propylenedioxythiophene and thieno[3,2-b]thiophene. Utilization of both solid and liquid oxidants are also demonstrated. One limitation of this method is that it lacks sophisticated in situ thickness monitors. Polymer coatings made by the commonly used solution-based coating methods, such as spin-coating and surface grafting, are often not uniform or susceptible to mechanical degradation. This reported vapor phase deposition method overcomes those drawbacks and is a strong alternative to common solution-based coating methods. Notably, polymer films coated by the reported method are uniform and conformal on rough surfaces, even at a micrometer scale. This feature allows for future application of vapor deposited polymers in electronics devices on flexible and highly textured substrates.

This paper presents a protocol for reactive vapor deposition of poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), and poly(thieno[3,2-b]thiophene) films on glass slides and rough substrates, such as textiles and paper.

Deposición de Vapor reactivo de polímero conjugado películas sobre sustratos de arbitrarias

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA-b-PVDMA), are presented. Due to the high reactivity of azlactone groups towards amine, thiol, and hydroxyl groups, PGMA-b-PVDMA surfaces can be modified with secondary molecules to create chemically or biologically functionalized interfaces for a variety of applications. Previous reports of patterned PGMA-b-PVDMA interfaces have used traditional top-down patterning techniques that generate non-uniform films and poorly controlled background chemistries. Here, we describe customized patterning techniques that enable precise deposition of highly uniform PGMA-b-PVDMA films in backgrounds that are chemically inert or that have biomolecule-repellent properties. Importantly, these methods are designed to deposit PGMA-b-PVDMA films in a manner that completely preserves azlactone functionality through each processing step. Patterned films show well-controlled thicknesses that correspond to polymer brushes (~90 nm) or to highly crosslinked structures (~1-10 &#956;m). Brush patterns are generated using either the parylene lift-off or interface directed assembly methods described and are useful for precise modulation of overall chemical surface reactivity by adjusting either the PGMA-b-PVDMA pattern density or the length of the VDMA block. In contrast, the thick, crosslinked PGMA-b-PVDMA patterns are obtained using a customized micro-contact printing technique and offer the benefit of higher loading or capture of secondary material due to higher surface area to volume ratios. Detailed experimental steps, critical film characterizations, and trouble-shooting guides for each fabrication method are discussed.

Surface fabrication methods for patterned deposition of nanometer thick brushes or micron thick, crosslinked films of an azlactone block co-polymer are reported. Critical experimental steps, representative results, and limitations of each method are discussed. These methods are useful for creating functional interfaces with tailored physical features and tunable surface reactivity.

Fabricación de superficies reactivas con cepillo y reticulado de copolímeros de bloque funcionalizados Azlactone

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

Ingeniería

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a photomask consisting of embedded micro-lenses. Embedded micro-lenses were found to influence MN geometry (sharpness). Robust MN arrays with tip diameters ranging between 41.5 &#181;m &#177; 8.4 &#181;m and 71.6 &#181;m &#177; 13.7 &#181;m, with two different lengths (1,336 &#181;m &#177; 193 &#181;m and 957 &#181;m &#177; 171 &#181;m) were fabricated. These MN arrays may provide potential applications in delivery of low molecular and macromolecular therapeutic agents through skin.

Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography.

Fabrication polimérico matriz de microagujas por fotolitografía

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Inkjet Printing All Inorganic Halide Perovskite Inks for Photovoltaic Applications

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are demonstrated. The ink synthesis is based on a simple wet chemical reaction and the inkjet printing protocol is a facile step by step method. The inkjet printed thin films have been characterized by X-ray diffraction, optical absorption spectroscopy, photoluminescent spectroscopy, and electronic transport measurements. X-ray diffraction of the printed quantum dot films indicates a crystal structure consistent with an orthorhombic room temperature phase with (001) orientation. In conjunction with other characterization methods, the X-ray diffraction&#160;measurements show high quality films can be obtained through the inkjet printing method.

A protocol for synthesizing inorganic-lead-halide hybrid perovskite quantum dot inks for inkjet printing and the protocol for preparing and printing the quantum dot inks in an inkjet printer with post characterization techniques are presented.

Inyección de tinta impresión todos halogenuros inorgánicos perovskita tintas para aplicaciones fotovoltaicas

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, three substrates (acrylate, ceramics, and copper) are prepared. To determine the resulting material properties of these substrates, profilometer, contact angle, scanning electron microscope (SEM), and focused ion beam (FIB) measurements are done. The achievable printing resolution and suitable drop volume for each substrate are, then, found through the drop size tests. Then, layers of insulating and conductive ink are inkjet printed alternately to fabricate the target sensor structures. After each printing step, the respective layers are individually treated by photonic curing. The parameters used for the curing of each layer are adapted depending on the printed ink, as well as on the surface properties of the respective substrate. To confirm the resulting conductivity and to determine the quality of the printed surface, four-point probe and profilometer measurements are done. Finally, a measurement set-up and results achieved by such an all-printed sensor system are shown to demonstrate the achievable quality.

Here we present a protocol for the fabrication of inkjet-printed multilayer sensor structures on additively manufactured substrates and foil.

Híbrido de la impresión para la fabricación de sensores inteligentes

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...

Multimodal 3D Printing of Phantoms to Simulate Biological Tissue

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of an optical imaging device are greatly affected by the performance characteristics of its components, the test environment, and the operations. Therefore, it is necessary to calibrate these devices by traceable phantom standards. However, most of the currently available phantoms are homogeneous phantoms that cannot simulate multimodal and dynamic characteristics of biological tissue. Here, we show the fabrication of heterogeneous tissue-simulating phantoms using a production line integrating a spin coating module, a polyjet module, a fused deposition modeling (FDM) module, and an automatic control framework. The structural information and the optical parameters of a &#34;digital optical phantom&#34; are defined in a prototype file, imported to the production line, and fabricated layer-by-layer with sequential switch between different printing modalities. Technical capability of such a production line is exemplified by the automatic printing of skin-simulating phantoms that comprise the epidermis, dermis, subcutaneous tissue, and an embedded tumor.

Spin coating, polyjet printing, and fused deposition modeling are integrated to produce multilayered heterogeneous phantoms that simulate structural and functional properties of biological tissue.

Impresión 3D multimodal de fantasmas para simular tejido biológico

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

Múltiples pasos Fotolitografia variable Altura de múltiples capas con válvula dispositivos de microfluidos

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Frugal Imaging Technique of Capillary Flow Through Three-Dimensional Polymeric Printing Powders

The development of novel imaging techniques of molecular and colloidal transport, including nanoparticles, is an area of active investigation in microfluidic and millifluidic studies. With the advent of three-dimensional (3D) printing, a new domain of materials has emerged, thereby increasing the demand for novel polymers. Specifically, polymeric powders, with average particle sizes on the order of a micron, are experiencing a growing interest from academic and industrial communities. Controlling material tunability at the mesoscopic to microscopic length scales creates opportunities to develop innovative materials, such as gradient materials. Recently, a need for micron-sized polymeric powders has been growing, as clear applications for the material are developing. Three-dimensional printing provides a high-throughput process with a direct link to new applications, driving investigations into the physio-chemical and transport interactions on a mesoscale. The protocol that is discussed in this article provides a non-invasive technique to image fluid flow in packed powder beds, providing high temporal and spatial resolution while leveraging mobile technology that is readily available from mobile devices, such as smartphones. By utilizing a common mobile device, the imaging costs that would normally be associated with an optical microscope are eliminated, resulting in a frugal-science approach. The proposed protocol has successfully characterized a variety of combinations of fluids and powders, creating a diagnostic platform for quickly imaging and identifying an optimal combination of fluid and powder.

The proposed technique will provide a novel, efficient, frugal, and non-invasive approach for imaging fluidic flow through a packed powder bed, yielding high spatial and temporal resolution.