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ES2360778B1 - APPARATUS AND METHOD FOR DIRECT PRINTING WITH L�? SER. - Google Patents

APPARATUS AND METHOD FOR DIRECT PRINTING WITH L�? SER. Download PDF

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ES2360778B1
ES2360778B1 ES200901669A ES200901669A ES2360778B1 ES 2360778 B1 ES2360778 B1 ES 2360778B1 ES 200901669 A ES200901669 A ES 200901669A ES 200901669 A ES200901669 A ES 200901669A ES 2360778 B1 ES2360778 B1 ES 2360778B1
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laser
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Marti Duocastella Sola
Juan Marcos Fernandez Pradas
Jose Luis Morenza Gil
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Universitat de Barcelona UB
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Abstract

Aparato y método para la impresión directa con láser.#La invención hace referencia a la impresión directa de líquidos transparentes a, o débilmente absorbentes de, la radiación láser sobre un sustrato receptor por medio de un pulso láser fuertemente focalizado en un punto poco profundo dentro del líquido contenido en un contenedor. La invención evita los inconvenientes de la preparación de una película líquida como la que ha sido utilizada en el estado de la técnica anterior y permite la incidencia repetida del pulso láser en la misma posición del líquido sin reducción de la reproducibilidad. La invención también hace posible la impresión de microgotas bien definidas con alta reproducibilidad.Apparatus and method for direct laser printing # The invention refers to the direct printing of transparent, or weakly absorbing liquids of, laser radiation on a receiving substrate by means of a laser pulse strongly focused at a shallow point within of the liquid contained in a container. The invention avoids the drawbacks of preparing a liquid film such as that which has been used in the prior art and allows repeated incidence of the laser pulse in the same position of the liquid without reducing reproducibility. The invention also makes it possible to print well-defined microdrops with high reproducibility.

Description

Aparato y método para la impresión directa con láser. Apparatus and method for direct laser printing.

El campo de la técnica se refiere a la impresión directa con láser de líquidos transparentes a, o débilmente absorbentes de, la radiación láser sobre un sustrato receptor por medio de pulsos láser focalizados en un punto poco profundo dentro del líquido contenido en un contenedor que evita los inconvenientes relacionados con la preparación de una película delgada. The field of the technique refers to the direct laser printing of transparent liquids to, or weakly absorbing, the laser radiation on a receiving substrate by means of laser pulses focused at a shallow point within the liquid contained in a container that prevents the drawbacks related to the preparation of a thin film.

Estado de la técnica State of the art

La escritura directa es un método adecuado para la realización de motivos micrométricos en aplicaciones que requieren un alto grado de flexibilidad, sin las restricciones que supone el uso de máscaras. El ejemplo más representativo de una técnica de escritura directa es la impresión por inyección de tinta, que permite depositar materiales que han sido puestos previamente en disolución o en suspensión en un líquido: se depositan gotas micrométricas cuando la tinta es forzada a atravesar un pequeño orificio. Direct writing is a suitable method for the realization of micrometric patterns in applications that require a high degree of flexibility, without the restrictions of the use of masks. The most representative example of a direct writing technique is inkjet printing, which allows depositing materials that have been previously dissolved or suspended in a liquid: micrometric drops are deposited when the ink is forced through a small hole. .

No obstante, la obstrucción del orificio constituye un factor limitante para la impresión por inyección de tinta, especialmente cuando se desea una alta resolución espacial. Las técnicas de impresión con láser han aparecido como alternativas interesantes a la impresión por inyección de tinta. Entre ellas, la transferencia inducida por láser (LIFT, del inglés Laser Induced Forward Transfer) de líquidos ha recibido una atención especial. En la LIFT se depositan microgotas a través de la transferencia de líquido desde una película emisora, situada sobre un soporte transparente, hacia un sustrato receptor mediante el uso de un pulso láser. En este caso no se requiere orificio que limite las dimensiones de las microgotas: las dimensiones son determinadas por el diámetro del haz láser, y por el espesor de la película, típicamente de unas micras. En el caso de la LIFT, el pulso láser se focaliza con el objetivo de limitar las dimensiones de las microgotas, y es absorbido justamente en la superficie de la película. However, the obstruction of the hole constitutes a limiting factor for inkjet printing, especially when high spatial resolution is desired. Laser printing techniques have appeared as interesting alternatives to inkjet printing. Among them, the laser-induced transfer (LIFT) of liquids Laser Induced Forward Transfer) has received special attention. In the LIFT microdrops are deposited through the transfer of liquid from a emitting film, located on a transparent support, to a receiving substrate through the use of a laser pulse. In this case, no hole is required that limits the dimensions of the microdroplets: the dimensions are determined by the diameter of the laser beam, and by the thickness of the film, typically a few microns. In the case of LIFT, the laser pulse is focused with the objective of limiting the dimensions of the microdroplets, and is absorbed precisely on the surface of the film.

Los primeros desarrollos de las técnicas LIFT centraron sus aplicaciones en la microelectrónica, y los materiales a imprimir eran sólidos, principalmente metales, que absorben la radiación láser. Las patentes US 3560258 y US 4970196 se refieren a la realización de motivos por depósito de material con láser desde una película delgada hacia un sustrato receptor. En esta última patente la escritura directa mediante láser se consigue atacando la película delgada de material con un pulso láser proveniente de la fuente de radiación láser pulsada, causando el arranque selectivo de material fuera del soporte ópticamente transparente y depositándolo sobre la superficie del sustrato receptor. The first developments of the LIFT techniques focused their applications on microelectronics, and the materials to be printed were solids, mainly metals, which absorb laser radiation. Patents US 3560258 and US 4970196 refer to the realization of motives for deposition of material with laser from a thin film to a receiving substrate. In this last patent, direct laser writing is achieved by attacking the thin film of material with a laser pulse from the source of pulsed laser radiation, causing selective removal of material out of the optically transparent support and depositing it on the surface of the receiving substrate.

En un desarrollo posterior se consideró el depósito de materiales no absorbentes de la radiación láser. En esta aplicación, una capa delgada absorbente se intercala entre la película delgada del material a depositar y el soporte transparente, como se detalla en la patente US 4752455. El pulso láser es dirigido a través del soporte transparente a la capa absorbente con suficiente energía para vaporizar rápidamente una porción de la capa absorbente. El material de la película delgada es eyectado por la impulsión debida a la vaporización de la capa y la reacción de la misma contra el soporte transparente, y depositado sobre la superficie del sustrato receptor. In a later development, the deposit of non-absorbing materials of the laser radiation was considered. In this application, a thin absorbent layer is sandwiched between the thin film of the material to be deposited and the transparent support, as detailed in US patent 4752455. The laser pulse is directed through the transparent support to the absorbent layer with sufficient energy to Quickly vaporize a portion of the absorbent layer. The thin film material is ejected by the impulse due to vaporization of the layer and its reaction against the transparent support, and deposited on the surface of the receiving substrate.

Las siguientes mejoras se centraron en la sustitución de las dos capas (la capa absorbente y la película delgada del material a depositar) por una única película formada por un material que actuaba de matriz con partículas del material a depositar embebidas en la matriz. La energía del pulso láser no es absorbida por las partículas embebidas sino por la matriz que las rodea. Las patentes US 6177151 y US 6766764 son buenos ejemplos de esta solución técnica. The following improvements focused on the replacement of the two layers (the absorbent layer and the thin film of the material to be deposited) by a single film formed by a material that acted as a matrix with particles of the material to be deposited embedded in the matrix. The energy of the laser pulse is not absorbed by the embedded particles but by the surrounding matrix. US 6177151 and US 6766764 are good examples of this technical solution.

Finalmente, para el depósito de materiales frágiles la técnica LIFT se aplicó a la transferencia de líquidos, como se detalla en la patente US 6805918. En este caso, la película delgada es una película líquida que contiene el material a depositar disuelto o en suspensión en el líquido. En muchas aplicaciones, como en la impresión de biomoléculas o de células vivas, la disolución o suspensión es transparente a, o débilmente absorbente de, la radiación láser. En este caso, se usa una capa delgada absorbente sólida para absorber la radiación. Esta capa delgada absorbente está situada entre el soporte transparente y la película líquida. En todos los casos la absorción de la radiación genera una burbuja de vapor que provoca la emisión de una microgota o un microchorro que se deposita sobre la superficie del sustrato receptor y forma sobre ésta una microgota. Finally, for the deposit of fragile materials the LIFT technique was applied to the transfer of liquids, as detailed in US 6805918. In this case, the thin film is a liquid film that contains the material to be deposited dissolved or suspended in the liquid In many applications, such as in the printing of biomolecules or living cells, the solution or suspension is transparent to, or weakly absorbing, laser radiation. In this case, a thin solid absorbent layer is used to absorb the radiation. This thin absorbent layer is located between the transparent support and the liquid film. In all cases, the radiation absorption generates a vapor bubble that causes the emission of a micro drop or a micro cub that is deposited on the surface of the receiving substrate and forms a micro drop on it.

Otra técnica para la impresión con láser de materiales se describió por primera vez en la patente EP 2738. En esta técnica la radiación láser incide directamente sobre la superficie del material a imprimir y se absorbe en ella, produciendo la vaporización de una pequeña porción de este material que es emitida hacia atrás (en contraste con la LIFT, donde el material es emitido hacia adelante), y depositada por recondensación sobre el sustrato receptor, situado por encima de la superficie donde ocurre la absorción de la radiación láser. Como el haz láser atraviesa el sustrato receptor, este sustrato debe ser transparente a la radiación láser. Esta técnica se ha aplicado a la impresión de materiales inorgánicos sólidos, pero no es adecuada para materiales frágiles disueltos o en suspensión, ya que estos materiales se descompondrían irreversiblemente durante la vaporización. Another technique for laser printing of materials was described for the first time in EP 2738. In this technique, laser radiation directly affects the surface of the material to be printed and is absorbed into it, causing the vaporization of a small portion of it. material that is emitted backwards (in contrast to the LIFT, where the material is emitted forward), and deposited by condensation on the receiving substrate, located above the surface where the absorption of laser radiation occurs. As the laser beam passes through the receiving substrate, this substrate must be transparent to laser radiation. This technique has been applied to the printing of solid inorganic materials, but is not suitable for fragile dissolved or suspended materials, since these materials would irreversibly decompose during vaporization.

Una revisión genérica de las técnicas de escritura directa se presenta en K.K.B. Hon et al., “Direct writing technology”, Advances and developments, CIRP Annals -Manufacturing Technology 2008, vol. 57, pp. 601-620; y una revisión más directamente relacionada con el campo de la invención se presenta en C.B. Arnold et al., “Láser directwrite techniques for printing complex materials”, MRS Bulletin 2007, vol. 32, pp. 23-31. A generic review of direct writing techniques is presented in K.K.B. Hon et al., "Direct writing technology", Advances and developments, CIRP Annals -Manufacturing Technology 2008, vol. 57, pp. 601-620; and a review more directly related to the field of the invention is presented in C.B. Arnold et al., "Laser directwrite techniques for printing complex materials", MRS Bulletin 2007, vol. 32, pp. 23-31.

La patente US7438859 describe un método y un aparato para el depósito de muestras mediante impulsión con láser. La patente se centra en la manipulación de muestras de material en diversos campos, como la proteómica automatizada, la genómica, y otro tipo de investigación biotecnológica. La invención constituye un método alternativo a los aparatos de manipulación de líquidos, como pipetas, dispensadores de líquidos robotizados, dispositivos de “spotting”, etc., el cual permite reducir el procesado de pequeños volúmenes de muestra. US7438859 describes a method and an apparatus for depositing samples by means of laser impulsion. The patent focuses on the manipulation of material samples in various fields, such as automated proteomics, genomics, and other biotechnological research. The invention constitutes an alternative method to liquid handling devices, such as pipettes, robotic liquid dispensers, spotting devices, etc., which allows the processing of small sample volumes to be reduced.

En el estado de la técnica, por tanto, la LIFT ha sido la opción para la impresión con láser de materiales frágiles disueltos o en suspensión. En este caso, la disposición del líquido a transferir en forma de película delgada es esencial. La porción de líquido que se transfiere es determinada por las dimensiones laterales del haz láser, y por el espesor de la capa líquida existente entre la región en que la burbuja se genera y la superficie libre del líquido, la cual se encuentra encarada a la superficie del sustrato receptor. In the prior art, therefore, LIFT has been the option for laser printing of fragile dissolved or suspended materials. In this case, the arrangement of the liquid to be transferred in the form of a thin film is essential. The portion of liquid that is transferred is determined by the lateral dimensions of the laser beam, and by the thickness of the liquid layer between the region in which the bubble is generated and the free surface of the liquid, which is facing the surface of the receiving substrate.

Como esta porción debe ser pequeña, y como en todos los casos se supone que la burbuja se genera en la superficie del líquido distinta de la superficie libre, la única manera de satisfacer ambos requisitos es preparar el líquido en forma de película delgada sobre un soporte transparente a la radiación láser. De esta manera la radiación láser atraviesa el soporte transparente y se absorbe en la superficie del material adyacente a este soporte. Una vez la radiación es absorbida, se genera una burbuja que impulsa una porción del líquido existente entre la burbuja y la superficie libre del líquido hacia el sustrato receptor a imprimir. Since this portion must be small, and as in all cases it is assumed that the bubble is generated on the surface of the liquid other than the free surface, the only way to satisfy both requirements is to prepare the liquid in the form of a thin film on a support transparent to laser radiation. In this way the laser radiation passes through the transparent support and is absorbed on the surface of the material adjacent to this support. Once the radiation is absorbed, a bubble is generated that drives a portion of the liquid between the bubble and the free surface of the liquid towards the receiving substrate to be printed.

Algunos de los inconvenientes asociados con la preparación de la película líquida son la dificultad de obtener un espesor uniforme y la reproducibilidad en el proceso de preparación: las películas líquidas tienden a encoger, incluso si la tensión superficial es baja, y la evaporación es significativa debido a su gran relación superficie-volumen. Some of the disadvantages associated with the preparation of the liquid film are the difficulty of obtaining a uniform thickness and the reproducibility in the preparation process: the liquid films tend to shrink, even if the surface tension is low, and the evaporation is significant because to its great surface-volume relationship.

Además, la preparación de la película líquida requiere buena mojabilidad, lo que se consigue normalmente a través de la adición de tensoactivos; no obstante, esto es perjudicial para el depósito de microgotas con diámetros muy pequeños sobre el sustrato receptor. Finalmente, se tiene que considerar que la preparación de la película constituye un paso adicional en todo el proceso de impresión, que no solamente compromete la flexibilidad de la técnica, sino que también incrementa el riesgo de contaminación. In addition, the preparation of the liquid film requires good wettability, which is normally achieved through the addition of surfactants; however, this is harmful for the deposit of microdroplets with very small diameters on the receiving substrate. Finally, it must be considered that the preparation of the film constitutes an additional step in the entire printing process, which not only compromises the flexibility of the technique, but also increases the risk of contamination.

El problema que se plantea a partir del estado de la técnica anterior se puede formular entonces como de qué forma se puede establecer una técnica que permita la impresión con láser de líquidos transparentes a, o débilmente absorbentes de, la radiación láser sin requerir la previa preparación de una película líquida y sin que exista limitación en el número de veces que el proceso de impresión se puede realizar haciendo incidir el pulso láser en la misma posición del líquido. The problem that arises from the prior art can then be formulated as how to establish a technique that allows laser printing of transparent liquids to, or weakly absorbent, laser radiation without requiring prior preparation. of a liquid film and without any limitation in the number of times the printing process can be performed by affecting the laser pulse in the same position of the liquid.

La presente invención hace posible la impresión de gotas uniformes y bien definidas, con una alta reproducibilidad, permitiendo la impresión desde la misma posición del líquido tantas veces como sea necesario sin reducir la reproducibilidad. En la presente invención, la nueva técnica para la impresión con láser de líquidos transparentes a, The present invention makes it possible to print uniform and well-defined drops, with high reproducibility, allowing printing from the same position of the liquid as many times as necessary without reducing reproducibility. In the present invention, the new technique for laser printing of transparent liquids to,

o débilmente absorbentes de, la radiación láser no requiere la previa preparación de ninguna película: el líquido es directamente imprimido desde el contenedor que lo contiene. or weakly absorbent, laser radiation does not require the prior preparation of any film: the liquid is directly printed from the container that contains it.

Explicación de la invención Explanation of the invention.

La presente invención se refiere a un aparato para la impresión directa con láser de materiales disueltos o en suspensión en líquidos transparentes a, o débilmente absorbentes de, la radiación láser sobre un sustrato receptor, y al método para la impresión directa con láser. Los materiales incluyen tanto materiales inorgánicos como orgánicos, así como células vivas y microorganismos. The present invention relates to an apparatus for direct laser printing of dissolved or suspended materials in transparent liquids to, or weakly absorbent, laser radiation on a receiving substrate, and to the method for direct laser printing. Materials include both inorganic and organic materials, as well as living cells and microorganisms.

El aparato comprende como mínimo medios para la producción de un pulso láser, disponiendo de una fuente de radiación láser y medios ópticos para focalizar fuertemente el haz láser. El aparato también comprende un soporte que contiene un líquido transparente a, o débilmente absorbente de, la radiación láser con el material a imprimir disuelto o en suspensión. El soporte del líquido transparente a, o débilmente absorbente de, la radiación láser es un contenedor. The apparatus comprises at least means for the production of a laser pulse, having a source of laser radiation and optical means for strongly focusing the laser beam. The apparatus also comprises a support containing a liquid transparent to, or weakly absorbing, the laser radiation with the material to be printed dissolved or suspended. The support of the transparent liquid to, or weakly absorbent of, the laser radiation is a container.

La superficie del sustrato receptor a imprimir está posicionada de tal forma que el sustrato receptor no está en contacto con el líquido; esta superficie del sustrato receptor está situada paralelamente y encarada a una porción de la superficie libre del líquido. Entre esta superficie libre y la superficie del sustrato receptor a imprimir existe una separación. Para la obtención del motivo impreso, el material a imprimir es transferido cuando una porción del líquido es impulsada desde el líquido contenido en el contenedor hacia el sustrato receptor. The surface of the receiving substrate to be printed is positioned such that the receiving substrate is not in contact with the liquid; This surface of the receiving substrate is located parallel and faces a portion of the free surface of the liquid. Between this free surface and the surface of the receiving substrate to be printed there is a separation. To obtain the printed motif, the material to be printed is transferred when a portion of the liquid is driven from the liquid contained in the container to the receiving substrate.

Los medios ópticos focalizan el haz láser en un punto situado dentro del líquido a corta distancia de la superficie correspondiente a la porción de la superficie libre del líquido y lejos de cualquier pared del contenedor de líquido. Este punto es, de hecho, un volumen minúsculo, el volumen focal. Entre este volumen focal y la porción de la superficie libre del líquido se encuentra una porción de líquido que es la porción de material a impulsar hacia la superficie del sustrato receptor a imprimir encarada a la porción de la superficie libre del líquido. The optical means focus the laser beam at a point located within the liquid at a short distance from the surface corresponding to the free surface portion of the liquid and away from any wall of the liquid container. This point is, in fact, a tiny volume, the focal volume. Between this focal volume and the portion of the free surface of the liquid is a portion of liquid which is the portion of material to be propelled towards the surface of the receiving substrate to be printed facing the portion of the free surface of the liquid.

Los medios para la producción del haz láser del dispositivo de acuerdo con la invención están configurados de tal manera que las condiciones de emisión y focalización del haz láser inducen la absorción de la energía del pulso láser principalmente en el volumen focal. Para que tenga lugar esta absorción localizada del pulso láser se requiere una fuerte focalización del haz láser. Si el haz láser está fuertemente focalizado, su intensidad (energía por unidad de área y unidad de tiempo) aumenta rápidamente en profundidad, siendo máxima en el volumen focal, y cuanto mayor es la intensidad, mayor es la energía láser absorbida por unidad de volumen. La energía absorbida del pulso láser en el volumen focal debe ser suficiente para superar el umbral de densidad de energía para la generación de una burbuja. En estas condiciones, la burbuja es generada sólo en el volumen focal, y no en el resto del trayecto del haz láser en el interior del líquido, pues en este trayecto la sección del haz es mayor y la intensidad menor. The means for producing the laser beam of the device according to the invention are configured in such a way that the emission and focusing conditions of the laser beam induce the absorption of the energy of the laser pulse mainly in the focal volume. For this localized absorption of the laser pulse to take place, a strong focus of the laser beam is required. If the laser beam is strongly focused, its intensity (energy per unit area and time unit) increases rapidly in depth, being maximum in the focal volume, and the higher the intensity, the greater the laser energy absorbed per unit volume . The energy absorbed from the laser pulse in the focal volume must be sufficient to exceed the energy density threshold for the generation of a bubble. Under these conditions, the bubble is generated only in the focal volume, and not in the rest of the path of the laser beam inside the liquid, since in this path the section of the beam is greater and the intensity less.

A lo largo del documento, cuando se mencione “fuerte focalización” se debe interpretar que la alta absorción de energía se produce en el volumen focal dentro del líquido, y no en el resto del trayecto del haz láser en el líquido, entendiéndose por “alta absorción de energía” aquélla para la cual la energía absorbida es suficientemente elevada para superar el umbral de densidad de energía para la generación de una burbuja de vapor en el interior del líquido. La burbuja generada causa la impulsión de la porción de líquido situada entre el volumen focal y la porción de la superficie libre del líquido. Esta porción de líquido es impulsada hacia la superficie del sustrato receptor a imprimir. Para que esta porción de líquido sea muy pequeña, se requiere que el punto focal sea muy poco profundo. Throughout the document, when “strong focus” is mentioned, it should be interpreted that high energy absorption occurs in the focal volume within the liquid, and not in the rest of the path of the laser beam in the liquid, meaning “high energy absorption ”that for which the absorbed energy is sufficiently high to exceed the threshold of energy density for the generation of a vapor bubble inside the liquid. The generated bubble causes the flow of the liquid portion located between the focal volume and the free surface portion of the liquid. This portion of liquid is driven towards the surface of the receiving substrate to be printed. For this portion of liquid to be very small, the focal point is required to be very shallow.

Las condiciones de impresión adecuadas dependen del tipo de líquido, del material a imprimir y de la radiación láser, así como de factores ambientales. Una vez se han determinado estas condiciones, los medios para la producción del haz láser pueden ser ajustados para operar de tal forma que la alta absorción de energía se produzca en un volumen muy pequeño alrededor del punto focal situado dentro del líquido a poca profundidad. Proper printing conditions depend on the type of liquid, the material to be printed and the laser radiation, as well as environmental factors. Once these conditions have been determined, the means for the production of the laser beam can be adjusted to operate in such a way that high energy absorption occurs in a very small volume around the focal point located within the shallow liquid.

La generación de un volumen de absorción muy pequeño, entendido éste como el volumen donde tiene lugar la alta absorción de energía, es favorecida si la absorción de energía se produce de forma no-lineal. Se puede conseguir la absorción no-lineal mediante el uso de pulsos láser cortos adicionalmente a la fuerte focalización. The generation of a very small absorption volume, understood as the volume where high energy absorption takes place, is favored if energy absorption occurs non-linearly. Non-linear absorption can be achieved through the use of short laser pulses in addition to strong focusing.

La pequeña porción de líquido impulsada es parte del líquido que se encuentra en un contenedor, y no en una película delgada; en consecuencia, el proceso puede ser repetido tantas veces como sea necesario, haciendo incidir el pulso láser en la misma posición, gracias a que la porción de líquido transferida es espontáneamente restituida después de cada pulso láser. The small portion of liquid driven is part of the liquid that is in a container, and not in a thin film; consequently, the process can be repeated as many times as necessary, by affecting the laser pulse in the same position, thanks to the fact that the portion of liquid transferred is spontaneously restored after each laser pulse.

Un primer aspecto de la invención es el dispositivo para la impresión con láser de acuerdo con la reivindicación independiente 1 y se incluye en esta descripción por referencia. Todos los modos de realización del dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones dependientes2a9 también se incluyen por referencia en esta descripción. A first aspect of the invention is the device for laser printing according to independent claim 1 and is included in this description by reference. All embodiments of the device according to dependent claims 2 to 9 are also included by reference in this description.

Un segundo aspecto de la invención es el método de impresión con láser de acuerdo con la reivindicación independiente 10 y se incluye en esta descripción por referencia. Todos los modos de realización del método de acuerdo con las reivindicaciones dependientes 11 a 20 también se incluyen por referencia en esta descripción. A second aspect of the invention is the laser printing method according to independent claim 10 and is included in this description by reference. All embodiments of the method according to dependent claims 11 to 20 are also included by reference in this description.

El dispositivo y el método de la invención se describen en detalle más adelante en la descripción detallada de los modos de realización. The device and the method of the invention are described in detail later in the detailed description of the embodiments.

Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings

La Figura 1a muestra el esquema de un modo de realización de un dispositivo de LIFT donde la radiación láser es absorbida en la superficie de una película de un material absorbente, tal como ha sido considerado en el estado de la técnica anterior. El soporte de la película es transparente a la radiación láser. Figure 1a shows the diagram of an embodiment of an LIFT device where laser radiation is absorbed on the surface of a film of an absorbent material, as has been considered in the prior art. The film support is transparent to laser radiation.

La Figura 1b muestra el esquema de un modo de realización de un dispositivo de LIFT donde la radiación láser es absorbida en la superficie de una capa absorbente para transferir el material de una película transparente a, o débilmente absorbente de, la radiación láser, tal como ha sido considerado en el estado de la técnica anterior. El soporte de la capa absorbente es transparente a la radiación láser. Figure 1b shows the scheme of an embodiment of an LIFT device where the laser radiation is absorbed on the surface of an absorbent layer to transfer the material of a transparent film to, or weakly absorbing, the laser radiation, such as It has been considered in the prior art. The support of the absorbent layer is transparent to laser radiation.

Las Figuras 2a y 2b muestran el esquema de dos haces láser, sin y con focalización. Figures 2a and 2b show the scheme of two laser beams, with and without focusing.

La Figura 3a muestra el esquema de un contenedor que contiene un líquido transparente, y un haz láser fuertemente focalizado e incidente en el líquido bajo las condiciones de la presente invención. Figure 3a shows the scheme of a container containing a transparent liquid, and a laser beam strongly focused and incident on the liquid under the conditions of the present invention.

La Figura 3b muestra el esquema de un primer modo de realización de la invención donde el receptor transparente a imprimir se encuentra situado sobre un contenedor de líquido que contiene un líquido transparente a, o débilmente absorbente de, la radiación láser. Un haz láser atraviesa el receptor e incide sobre la porción de la superficie libre del líquido, estando fuertemente focalizado dentro del líquido en un punto poco profundo. Figure 3b shows the scheme of a first embodiment of the invention where the transparent receiver to be printed is located on a liquid container containing a transparent liquid to, or weakly absorbing, the laser radiation. A laser beam passes through the receiver and strikes the free surface portion of the liquid, being strongly focused within the liquid at a shallow point.

La Figura 3c muestra el esquema del primer modo de realización que comprende una cámara adicional de visionado que enfoca la superficie del sustrato receptor a imprimir. Figure 3c shows the scheme of the first embodiment comprising an additional viewing camera that focuses on the surface of the receiving substrate to be printed.

La Figura 4 muestra el esquema de un segundo modo de realización de la invención donde el contenedor de líquido es transparente y el haz láser incide sobre el líquido desde la base del contenedor de líquido. El haz láser está fuertemente focalizado en un punto próximo a la porción de la superficie libre del líquido. Figure 4 shows the scheme of a second embodiment of the invention where the liquid container is transparent and the laser beam strikes the liquid from the base of the liquid container. The laser beam is strongly focused at a point near the free surface portion of the liquid.

Las Figuras 5 y 6 muestran los esquemas de un tercer y un cuarto modos de realización de la invención donde la porción de la superficie libre del líquido próxima al volumen focal del haz láser está en un orificio en la base del contenedor de líquido transparente a, o débilmente absorbente de, la radiación láser. Figures 5 and 6 show the diagrams of a third and fourth embodiments of the invention where the portion of the free surface of the liquid close to the focal volume of the laser beam is at a hole in the base of the transparent liquid container a, or weakly absorbent of, laser radiation.

La Figura 7 muestra el esquema de un quinto modo de realización de la invención donde el haz láser está dividido en dos haces láser que son focalizados en el mismo volumen focal con el fin de obtener una muy fuerte focalización. Figure 7 shows the scheme of a fifth embodiment of the invention where the laser beam is divided into two laser beams that are focused on the same focal volume in order to obtain a very strong focus.

La Figura 8 muestra un “microarray” imprimido sobre un sustrato receptor utilizando diferentes profundidades del volumen focal dentro del líquido bajo determinadas condiciones del haz láser y para un determinado material. Figure 8 shows a "microarray" printed on a receiving substrate using different depths of the focal volume within the liquid under certain conditions of the laser beam and for a given material.

Las Figuras 9, 10 y 11 muestran diferentes “microarrays” imprimido sobre sustratos receptores bajo determinadas condiciones del haz láser y para determinados materiales. Figures 9, 10 and 11 show different "microarrays" printed on receiving substrates under certain conditions of the laser beam and for certain materials.

Exposición detallada de modos de realización Detailed statement of embodiments

La Figura 1a muestra el esquema de un dispositivo experimental de la LIFT para transferir un material absorbente de la radiación del láser tal y como ha sido considerada en el estado de la técnica anterior anterior. Un haz láser (B) producido por unos medios para la producción de un haz láser (3) incide sobre una superficie de una película delgada de un material (M) a través de su soporte transparente (S), y es absorbido en una porción (A) de esta superficie, originando la eyección de material (5), el cual es depositado sobre un sustrato receptor (4). Las flechas indican el desplazamiento solidario del sistema formado por el soporte transparente (S) recubierto con la película delgada de material (M) y el sustrato receptor (4). Figure 1a shows the scheme of an experimental LIFT device for transferring a laser radiation absorbing material as it has been considered in the prior art. A laser beam (B) produced by means for the production of a laser beam (3) strikes a surface of a thin film of a material (M) through its transparent support (S), and is absorbed into a portion (A) of this surface, causing the ejection of material (5), which is deposited on a receiving substrate (4). The arrows indicate the joint displacement of the system formed by the transparent support (S) coated with the thin film of material (M) and the receiving substrate (4).

La Figura 1b muestra el esquema de un dispositivo experimental de la LIFT para transferir un material transparente a, o débilmente absorbente de, la radiación del láser tal y como ha sido considerada en el estado de la técnica anterior. Un haz láser (B) producido por unos medios para la producción de un haz láser (3) incide sobre la superficie de una capa absorbente (L) a través de su soporte transparente (S), y es absorbido en una porción (A) de la capa absorbente (L). Esto da lugar a la eyección de una porción de una película delgada de material (M), película delgada que recubre la capa absorbente (L). El material eyectado (5) es depositado sobre el sustrato receptor (4). Las flechas indican el desplazamiento solidario del sistema formado por el soporte transparente (S) recubierto con la capa (L) más la película delgada de material (M) y el sustrato receptor (4). Figure 1b shows the scheme of an experimental LIFT device for transferring a transparent material to, or weakly absorbing, the laser radiation as it has been considered in the prior art. A laser beam (B) produced by means for the production of a laser beam (3) strikes the surface of an absorbent layer (L) through its transparent support (S), and is absorbed into a portion (A) of the absorbent layer (L). This results in the ejection of a portion of a thin film of material (M), a thin film that covers the absorbent layer (L). The ejected material (5) is deposited on the receiving substrate (4). The arrows indicate the joint displacement of the system formed by the transparent support (S) coated with the layer (L) plus the thin film of material (M) and the receiving substrate (4).

Las Figuras 2a y 2b presentan esquemas de dos configuraciones de un haz láser (B) con el fin de ayudar a comprender el funcionamiento de la invención. Figures 2a and 2b show diagrams of two configurations of a laser beam (B) in order to help understand the operation of the invention.

Si el haz láser (B) no está focalizado (Figura 2a), el área de cada sección transversal del haz láser es constante, A2=A1, y por consiguiente la intensidad del haz láser (energía por unidad de área y unidad de tiempo) es constante I2=I1. If the laser beam (B) is not focused (Figure 2a), the area of each cross section of the laser beam is constant, A2 = A1, and therefore the intensity of the laser beam (energy per unit area and time unit) is constant I2 = I1.

Si el haz láser (B) está focalizado (Figura 2b), el área de su sección transversal decrece al acercarse al punto focal A2<A1, y por consiguiente la intensidad del haz láser aumenta I2>I1. If the laser beam (B) is focused (Figure 2b), the area of its cross section decreases as it approaches the focal point A2 <A1, and therefore the intensity of the laser beam increases I2> I1.

En esta invención el haz láser (B) está fuertemente focalizado como se muestra en la Figura 3a, de manera que la intensidad del haz es baja cuando el haz láser (B) incide en la superficie (destacada por medio de una línea discontinua gruesa), pero es alta en el minúsculo volumen focal (A). Si esta intensidad es suficientemente alta, la energía absorbida por unidad de volumen alcanza el umbral necesario para generar una burbuja en el líquido (2). En este caso, el umbral es alcanzado en el volumen focal (A) bajo la superficie, y no en la superficie como ocurre en el estado de la técnica anterior. In this invention the laser beam (B) is strongly focused as shown in Figure 3a, so that the beam intensity is low when the laser beam (B) hits the surface (highlighted by means of a thick dashed line) , but it is high in the tiny focal volume (A). If this intensity is sufficiently high, the energy absorbed per unit volume reaches the threshold necessary to generate a bubble in the liquid (2). In this case, the threshold is reached in the focal volume (A) under the surface, and not in the surface as in the prior art.

El umbral de la energía absorbida por unidad de volumen para generar una burbuja depende de parámetros como la longitud de onda y la duración del pulso láser (B), la composición del líquido (2) o la temperatura, entre otros. The threshold of the energy absorbed per unit of volume to generate a bubble depends on parameters such as the wavelength and the duration of the laser pulse (B), the composition of the liquid (2) or the temperature, among others.

La burbuja generada en el volumen focal (A) proyecta una porción de líquido (2), que es la porción de líquido (2) localizada entre la burbuja y la porción de la superficie libre del líquido (2). La proyección de líquido (2) puede ser originada ya sea directamente por la impulsión proporcionada por la expansión de la burbuja, ya sea por medio del chorro de líquido (2) resultante de los procesos de expansión y colapso de la burbuja. The bubble generated in the focal volume (A) projects a portion of liquid (2), which is the portion of liquid (2) located between the bubble and the portion of the free surface of the liquid (2). The liquid projection (2) can be originated either directly by the drive provided by the expansion of the bubble, or by means of the liquid jet (2) resulting from the bubble expansion and collapse processes.

La Figura 3b muestra el esquema de un modo de realización donde el haz láser (B) está focalizado en el líquido Figure 3b shows the scheme of an embodiment where the laser beam (B) is focused on the liquid

(2) en un volumen focal (A) minúsculo situado a una profundidad d desde la porción de la superficie libre del líquido. El haz láser (B) está fuertemente focalizado con el fin de producir la alta absorción de energía dentro del líquido (2) y no en la superficie libre, de acuerdo con las condiciones descritas para la Figura 3a. Los medios de producción del haz láser (3) tienen una fuente (3.1) del haz láser (B) y medios ópticos (3.2) para focalizar fuertemente el haz láser (B). Si se coloca un expansor de haz láser entre la fuente (3.1) del haz láser (B) para la emisión del haz láser (B) y los medios ópticos (3.2) para focalizar el haz láser (B) se alcanza una focalización mayor. (2) in a tiny focal volume (A) located at a depth d from the free surface portion of the liquid. The laser beam (B) is strongly focused in order to produce high energy absorption within the liquid (2) and not on the free surface, in accordance with the conditions described for Figure 3a. The means of production of the laser beam (3) have a source (3.1) of the laser beam (B) and optical means (3.2) to strongly focus the laser beam (B). If a laser beam expander is placed between the source (3.1) of the laser beam (B) for the emission of the laser beam (B) and the optical means (3.2) to focus the laser beam (B) a greater focus is achieved.

La técnica de impresión de la presente invención es un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 y operando de acuerdo con el método de la reivindicación 10, que actúa sobre un líquido (2) transparente a, o débilmente absorbente de, la radiación láser por medio de un haz láser (B) fuertemente focalizado, de tal manera que se produzca una alta absorción de energía en el volumen focal (A) dentro del líquido. El haz láser (B) proviene de la fuente (3.1) del haz láser y es fuertemente focalizado por los medios ópticos (3.2) debajo de la porción de superficie libre del líquido (2), a una pequeña profundidad d, de la manera esquematizada en la Figura 3b. The printing technique of the present invention is an apparatus according to claim 1 and operating according to the method of claim 10, which acts on a liquid (2) transparent to, or weakly absorbing, the laser radiation by means of a strongly focused laser beam (B), such that high energy absorption occurs in the focal volume (A) within the liquid. The laser beam (B) comes from the source (3.1) of the laser beam and is strongly focused by the optical means (3.2) below the free surface portion of the liquid (2), at a small depth d, in the schematized manner in Figure 3b.

La alta absorción de energía en la subsuperficie se produce bajo condiciones de fuerte focalización pero este efecto puede ser altamente favorecido si la absorción de energía ocurre bajo condiciones no lineales que pueden alcanzarse por ejemplo mediante el uso de pulsos láser cortos combinados con la fuerte focalización. The high energy absorption in the subsurface occurs under conditions of strong focusing but this effect can be highly favored if the energy absorption occurs under non-linear conditions that can be achieved, for example, by using short laser pulses combined with strong focusing.

La alta absorción de energía localizada en el volumen focal (A) conduce a la eyección de una porción de líquido (2): en este caso, la capa de líquido (2) de espesor d adyacente a la porción de superficie libre del líquido juega un papel similar al de la película líquida en el estado de la técnica anterior de la LIFT. En contraste con la LIFT, en el modo de realización de la presente invención el material es proyectado hacia atrás, y el sustrato receptor (4) está situado encima de la porción de superficie libre del líquido (2). Además, el sustrato receptor (4) a imprimir debe ser transparente a la radiación láser, lo cual suele ser el caso en muchas aplicaciones, como por ejemplo la fabricación de biosensores. The high energy absorption located in the focal volume (A) leads to the ejection of a portion of liquid (2): in this case, the layer of liquid (2) of thickness d adjacent to the free surface portion of the liquid plays a role similar to that of the liquid film in the prior art state of the LIFT. In contrast to the LIFT, in the embodiment of the present invention the material is projected backwards, and the receiving substrate (4) is located above the free surface portion of the liquid (2). In addition, the receiving substrate (4) to be printed must be transparent to laser radiation, which is often the case in many applications, such as the manufacture of biosensors.

La porción de líquido (2) eyectada se deposita sobre el sustrato receptor (4) colocado paralelo a y cerca de, pero no en contacto con, la porción de superficie libre del líquido (2), y forma una microgota del material impreso (5). The ejected liquid portion (2) is deposited on the receiving substrate (4) placed parallel to and near, but not in contact with, the free surface portion of the liquid (2), and forms a micro-drop of the printed material (5) .

Los medios de sujeción (no mostrados en las figuras) del sustrato receptor (4) son tales que la separación entre el sustrato receptor (4) y la porción de superficie libre del líquido (2) puede ser controlada con precisión. The fastening means (not shown in the figures) of the receiving substrate (4) are such that the separation between the receiving substrate (4) and the free surface portion of the liquid (2) can be precisely controlled.

La escritura de los motivos del material impreso (5) tiene lugar por medio del desplazamiento del sustrato receptor (4) con respecto al haz láser (B), manteniéndose el contenedor (1) del líquido estacionario durante el proceso de impresión. Este desplazamiento del sustrato receptor (4) puede ser controlado por ordenador, y en este caso el desplazamiento debe estar sincronizado con el disparo de los pulsos láser de la fuente (3.1) del haz láser (B). The writing of the motifs of the printed material (5) takes place by means of the displacement of the receiving substrate (4) with respect to the laser beam (B), the container (1) of the stationary liquid being maintained during the printing process. This displacement of the receiving substrate (4) can be controlled by computer, and in this case the displacement must be synchronized with the firing of the laser pulses from the source (3.1) of the laser beam (B).

Además, como se muestra en la Figura 3c, el depósito de material (5) sobre el sustrato receptor (4) puede ser controlado in-situ por medio de una cámara CCD (6) situada encima de los medios ópticos (3.2). Entre la cámara CCD (6) y los medios ópticos, debe intercalarse un espejo reflector y transmisor (7) para desviar el haz láser (B) generado por la fuente (3.1) del haz láser (B). El control in-situ permite ajustar la profundidad d del volumen focal (A) para la cual se obtiene la adecuada morfología del material depositado (5) sobre el sustrato receptor (4). Furthermore, as shown in Figure 3c, the deposit of material (5) on the receiving substrate (4) can be controlled in situ by means of a CCD camera (6) located above the optical means (3.2). Between the CCD camera (6) and the optical means, a reflector and transmitter mirror (7) must be inserted to deflect the laser beam (B) generated by the source (3.1) of the laser beam (B). The in-situ control allows to adjust the depth d of the focal volume (A) for which the adequate morphology of the deposited material (5) on the receiving substrate (4) is obtained.

La Figura 4 muestra un segundo modo de realización donde el contenedor de líquido (1) es transparente. Los medios de producción (3) del haz láser son tales que el haz láser (B) atraviesa la pared de la base del contenedor de líquido (1) y se focaliza en un volumen focal (A) minúsculo cerca de la porción de superficie libre del líquido (2). La energía del pulso láser es altamente absorbida cerca de esta porción de superficie libre conduciendo a la eyección de una porción de líquido (2) que es depositada sobre el sustrato receptor (4) colocado paralelo a y cerca de, pero no en contacto con, la porción de superficie libre del líquido (2), y forma una microgota de material impreso (5). Figure 4 shows a second embodiment where the liquid container (1) is transparent. The means of production (3) of the laser beam are such that the laser beam (B) crosses the base wall of the liquid container (1) and focuses on a tiny focal volume (A) near the free surface portion of the liquid (2). The energy of the laser pulse is highly absorbed near this free surface portion leading to the ejection of a portion of liquid (2) that is deposited on the receiving substrate (4) placed parallel to and near, but not in contact with, the free surface portion of the liquid (2), and forms a micro drop of printed material (5).

Los medios de sujeción (no mostrados en las figuras) del sustrato receptor (4) son tales que la separación entre el sustrato receptor (4) y la porción de superficie libre del líquido (2) puede ser controlada con precisión. The fastening means (not shown in the figures) of the receiving substrate (4) are such that the separation between the receiving substrate (4) and the free surface portion of the liquid (2) can be precisely controlled.

Este modo de realización es aplicable a sustratos receptores (4) tanto transparentes como no transparentes porque el haz láser (B) no atraviesa el sustrato receptor (4). En el caso que el sustrato receptor (4) sea transparente, el depósito de material (5) puede ser controlado in-situ por medio de una cámara CCD (6) acoplada a un objetivo de microscopio This embodiment is applicable to both transparent and non-transparent receiving substrates (4) because the laser beam (B) does not pass through the receiving substrate (4). In the event that the receiving substrate (4) is transparent, the material deposit (5) can be controlled in situ by means of a CCD camera (6) coupled to a microscope objective

(8) (8)
situados encima del sustrato receptor (4). Como en el anterior modo de realización, el control in-situ permite el ajuste de la profundidad d del volumen focal (A) para la cual se obtiene la adecuada morfología del material depositado located above the receiving substrate (4). As in the previous embodiment, the in-situ control allows the adjustment of the depth d of the focal volume (A) for which the adequate morphology of the deposited material is obtained

(5) (5)
sobre el sustrato receptor (4). on the receiving substrate (4).

La Figura 5 muestra un tercer modo de realización similar a los esquematizados en las Figuras 3b y 3c, donde la porción de la superficie libre del líquido cerca del volumen focal (A) donde el haz láser (B) es focalizado está en un pequeño orificio (1.1) de la pared de la base del contenedor (1) del líquido. Esta porción de superficie libre está representada por una fina línea continua. El líquido (2) es retenido en el contenedor (1) a causa de la tensión superficial del líquido. Figure 5 shows a third embodiment similar to those outlined in Figures 3b and 3c, where the portion of the free surface of the liquid near the focal volume (A) where the laser beam (B) is focused is in a small hole (1.1) of the base wall of the container (1) of the liquid. This free surface portion is represented by a thin continuous line. The liquid (2) is retained in the container (1) because of the surface tension of the liquid.

Los medios de producción (3) del haz láser son tales que el haz láser (B) penetra en el líquido a través del pequeño orificio (1.1). El sustrato receptor (4) está colocado cerca de la base del contenedor (1) del líquido. El haz láser (B) atraviesa el sustrato receptor (4) y la porción de superficie libre del líquido (2) en el orificio (1.1), y es focalizado en el volumen focal (A) por encima de esta porción de superficie libre. La porción de líquido (2) eyectada es depositada sobre la superficie superior del sustrato receptor (4) y forma el material impreso (5). The means of production (3) of the laser beam are such that the laser beam (B) penetrates the liquid through the small hole (1.1). The receiving substrate (4) is placed near the base of the container (1) of the liquid. The laser beam (B) passes through the receiving substrate (4) and the free surface portion of the liquid (2) in the hole (1.1), and is focused on the focal volume (A) above this free surface portion. The ejected liquid portion (2) is deposited on the upper surface of the receiving substrate (4) and forms the printed material (5).

La Figura 6 muestra un cuarto modo de realización donde el contenedor (1) de líquido tiene un pequeño orificio Figure 6 shows a fourth embodiment where the liquid container (1) has a small hole

(1.1) en su base similar al del modo de realización anterior, pero con una configuración equivalente a la del segundo modo de realización esquematizado en la Figura 4. Los medios de producción (3) del haz láser son tales que el haz láser incide sobre la superficie libre superior del líquido (2), y el sustrato receptor (4) está colocado debajo del contenedor (1.1) at its base similar to that of the previous embodiment, but with a configuration equivalent to that of the second embodiment outlined in Figure 4. The means of production (3) of the laser beam are such that the laser beam impacts on the upper free surface of the liquid (2), and the receiving substrate (4) is placed under the container

(1) del líquido y cerca de la base de este contenedor (1) de líquido. El haz láser (B) atraviesa el líquido (2) y es focalizado por encima de la porción de superficie libre del líquido (2) en el orificio (1.1). La porción de líquido (2) eyectada es depositada en la superficie superior del sustrato receptor (4) y forma el material impreso (5). (1) of the liquid and near the base of this container (1) of liquid. The laser beam (B) passes through the liquid (2) and is focused above the free surface portion of the liquid (2) in the hole (1.1). The ejected liquid portion (2) is deposited on the upper surface of the receiving substrate (4) and forms the printed material (5).

La Figura 7 muestra un quinto modo de realización donde un haz láser (B) generado por una fuente (3.1) del haz láser (B) es dividido en dos haces láser (B.1 y B.2) por medio de un divisor de haz láser (3.3), y estos dos haces láser Figure 7 shows a fifth embodiment where a laser beam (B) generated by a source (3.1) of the laser beam (B) is divided into two laser beams (B.1 and B.2) by means of a divider of laser beam (3.3), and these two laser beams

(B.1 y B.2) son reflejados por dos espejos (3.4) y focalizados simultáneamente por dos medios ópticos (3.2) en el mismo volumen focal (A). En este caso, puede alcanzarse una focalización todavía mayor en el volumen focal (A) con sólo una única fuente láser (3.1). (B.1 and B.2) are re fl ected by two mirrors (3.4) and focused simultaneously by two optical means (3.2) on the same focal volume (A). In this case, an even greater focus on the focal volume (A) can be achieved with only a single laser source (3.1).

Todas las figuras son representaciones esquemáticas y no se han usado escalas reales, sólo pretenden servir de ayuda para las explicaciones de los modos de realización. All the figures are schematic representations and no real scales have been used, they are only intended to help explain the embodiments.

Habiendo descrito algunos modos de realización de la invención, se proporcionan los siguientes experimentos para ilustrar la viabilidad de la invención. Having described some embodiments of the invention, the following experiments are provided to illustrate the feasibility of the invention.

El primer experimento ha sido llevado a cabo de acuerdo con el primer modo de realización esquematizado en la Figura 3c, y utilizando un láser de iterbio bombeado por diodos (1025 nm de longitud de onda, 450 fs de duración de pulso, 1 kHz de frecuencia de repetición) como fuente láser (3.1). El haz láser proveniente de esta fuente (3.1) ha sido focalizado por medio de medios ópticos (3.2) y también utilizando un espejo (7). Los medios ópticos (3.2) han comprendido un objetivo de microscopio con una larga distancia de trabajo de 1 cm. El sustrato receptor (4) empleado ha sido un portaobjetos de microscopio comercial de vidrio recubierto con poli-L-lisina, y se ha colocado sobre un posicionador de translación xyz controlado por ordenador, cuyo desplazamiento ha sido sincronizado con el disparo de los pulsos láser. El contenedor (1) de líquido ha sido un contenedor plástico cilíndrico de 100 μL, sujetado en un posicionador de translación z independiente. The first experiment has been carried out in accordance with the first embodiment schematized in Figure 3c, and using a diode laser pumped by diodes (1025 nm wavelength, 450 fs pulse duration, 1 kHz frequency repetition) as a laser source (3.1). The laser beam from this source (3.1) has been focused by means of optical means (3.2) and also using a mirror (7). The optical means (3.2) have included a microscope objective with a long working distance of 1 cm. The receiving substrate (4) used has been a commercial microscope glass slide coated with poly-L-lysine, and has been placed on a computer-controlled xyz translation positioner, whose displacement has been synchronized with the firing of the laser pulses . The liquid container (1) has been a 100 μL cylindrical plastic container, held in an independent z-positioner.

En este experimento, una disolución de líquido (2) que consiste en una mezcla de agua y glicerol al 20% (v/v) ha sido utilizada para probar la viabilidad de la técnica propuesta para la impresión de microgotas. Un “microarray” ha sido preparado variando la profundidad de focalización d dentro del líquido (2) por medio del desplazamiento hacia arriba del contenedor (1). La separación inicial entre la superficie libre del líquido (2) y el sustrato receptor (4) a imprimir ha sido de alrededor de 500 μm, y la energía de pulso láser de 2 μJ. Una cámara CCD (6) enfocada en la superficie del sustrato receptor (4) ha permitido observar el material depositado (5) y controlar la profundidad d óptima. El resultado del experimento se muestra en la Figura 8. Cada fila del material depositado (5) sobre el sustrato receptor (4) corresponde a una profundidad d diferente. In this experiment, a solution of liquid (2) consisting of a mixture of water and glycerol at 20% (v / v) has been used to test the feasibility of the proposed technique for printing microdroplets. A "microarray" has been prepared by varying the depth of focus d within the liquid (2) by means of the upward movement of the container (1). The initial separation between the free surface of the liquid (2) and the receiving substrate (4) to be printed has been around 500 μm, and the laser pulse energy of 2 μJ. A CCD camera (6) focused on the surface of the receiving substrate (4) has allowed observing the deposited material (5) and controlling the optimum depth d. The result of the experiment is shown in Figure 8. Each row of the material deposited (5) on the receiving substrate (4) corresponds to a different depth d.

El “microarray” obtenido, representado en la Figura 8, demuestra que existe un intervalo de profundidades de focalización d para las cuales hay depósito de material líquido (5). Este intervalo se extiende hasta una profundidad d = 45 μm. Por debajo de esta profundidad no se deposita material sobre el sustrato receptor (4). La cantidad y morfología del material depositado (5) depende de la posición relativa del volumen focal (A) con respecto a la superficie libre del líquido (2). Para profundidades de hasta 35 μm, se obtienen microgotas irregulares y desalineadas, con varios satélites. Estas morfologías son inaceptables para aplicaciones de impresión. Sin embargo, para un intervalo de 10 μm de profundidad alrededor de 40 μm, se consigue el depósito de microgotas bien definidas, circulares, uniformes y sin satélites. Esta morfología es adecuada para aplicaciones de impresión. Este experimento no sólo prueba la viabilidad de la invención para la impresión directa con láser de líquidos transparentes a, o débilmente absorbentes de, la radiación láser, sino que también ilustra la importancia de focalizar fuertemente en la posición adecuada dentro del líquido a poca profundidad. The "microarray" obtained, represented in Figure 8, demonstrates that there is a range of depths of focusing d for which there is a deposit of liquid material (5). This interval extends to a depth d = 45 μm. Below this depth, no material is deposited on the receiving substrate (4). The quantity and morphology of the deposited material (5) depends on the relative position of the focal volume (A) with respect to the free surface of the liquid (2). For depths of up to 35 μm, irregular and misaligned microdrops are obtained, with several satellites. These morphologies are unacceptable for printing applications. However, for a range of 10 μm of depth around 40 μm, the deposit of well-defined, circular, uniform and satellite-free microdroplets is achieved. This morphology is suitable for printing applications. This experiment not only proves the feasibility of the invention for direct laser printing of transparent liquids to, or weakly absorbent, laser radiation, but also illustrates the importance of focusing strongly on the proper position within the shallow liquid.

En el segundo experimento, llevado a cabo utilizando el sistema y la disolución líquida correspondientes al primer experimento, se demuestra la reproducibilidad de la técnica para la impresión de microgotas por medio de la preparación de un gran “microarray” (15 filas por 50 columnas) en las condiciones descritas más arriba para las cuales se obtienen microgotas circulares. El “microarray” se muestra en la Figura 9. Se puede observar que todas las microgotas son uniformes, con un contorno circular bien definido, y presentan un diámetro de unas 40 μm. Una reproducibilidad tan alta demuestra que la técnica permite superar los inconvenientes asociados con la falta de uniformidad y estabilidad de la capa líquida inherentes a la LIFT. In the second experiment, carried out using the system and the liquid solution corresponding to the first experiment, the reproducibility of the technique for printing microdrops is demonstrated by preparing a large "microarray" (15 rows per 50 columns) under the conditions described above for which circular microdroplets are obtained. The "microarray" is shown in Figure 9. It can be seen that all the microdrops are uniform, with a well-defined circular contour, and have a diameter of about 40 μm. Such high reproducibility demonstrates that the technique allows to overcome the inconveniences associated with the lack of uniformity and stability of the liquid layer inherent in the LIFT.

En el tercer experimento, llevado a cabo usando el sistema y la disolución líquida correspondientes al primer y segundo experimentos, se demuestra que la presente invención permite obtener microgotas muy pequeñas. El control in-situ del proceso de depósito por medio de una cámara CCD (6) facilita encontrar las condiciones adecuadas de impresión por medio del ajuste simultáneo tanto de la energía del pulso como de la profundidad de focalización d. Así, las microgotas muy pequeñas se obtienen fácilmente, tal y como se ilustra en la Figura 10, donde se presentan microgotas con diámetros tan pequeños como 5 μm, que corresponden a volúmenes de microgota inferiores a 30 fL; alcanzar el mismo resultado mediante LIFT requeriría la preparación de una película muy delgada de líquido, lo cual es siempre problemático. In the third experiment, carried out using the system and the liquid solution corresponding to the first and second experiments, it is demonstrated that the present invention allows to obtain very small microdroplets. On-site control of the deposition process by means of a CCD camera (6) facilitates finding the appropriate printing conditions by simultaneously adjusting both the pulse energy and the focusing depth d. Thus, very small microdroplets are easily obtained, as illustrated in Figure 10, where microdroplets with diameters as small as 5 µm are presented, corresponding to microdroplet volumes less than 30 fL; achieving the same result through LIFT would require the preparation of a very thin film of liquid, which is always problematic.

El cuarto experimento ha sido llevado a cabo de acuerdo con el segundo modo de realización esquematizado en la Figura 4, y utilizando un láser de iterbio bombeado por diodos (1025 nm de longitud de onda, 450 fs de duración de pulso, 1 kHz de frecuencia de repetición) como fuente láser (3.1). La radiación láser proveniente de esta fuente (3.1) ha sido focalizada por medios ópticos (3.2) a través de un contenedor (1) de líquido transparente, que ha consistido en un contenedor cilíndrico de plástico de 100 μL, soportado en un posicionador de translación z. Los medios ópticos (3.2) han comprendido un objetivo de microscopio que tiene una larga distancia de trabajo de 1 cm. El sustrato receptor (4) empleado ha sido un portaobjetos de microscopio comercial de vidrio recubierto con poli-L-lisina, y se ha colocado sobre un posicionador de translación xyz controlado por ordenador, cuyo desplazamiento ha sido sincronizado con el disparo de los pulsos láser. The fourth experiment has been carried out in accordance with the second embodiment outlined in Figure 4, and using a diode laser pumped by diodes (1025 nm wavelength, 450 fs pulse duration, 1 kHz frequency repetition) as a laser source (3.1). The laser radiation from this source (3.1) has been focused by optical means (3.2) through a transparent liquid container (1), which has consisted of a 100 μL plastic cylindrical container, supported on a translation positioner z. The optical means (3.2) have included a microscope objective that has a long working distance of 1 cm. The receiving substrate (4) used has been a commercial microscope glass slide coated with poly-L-lysine, and has been placed on a computer-controlled xyz translation positioner, whose displacement has been synchronized with the firing of the laser pulses .

En este experimento, se ha comprobado la viabilidad del modo de realización esquematizado en la Figura 4 para imprimir líquidos transparentes a, o débilmente absorbentes de, la radiación láser por medio de la preparación de un “microarray” (10 filas por 15 columnas) en las condiciones para las cuales se obtienen microgotas circulares. La disolución líquida ha consistido en una disolución salina de fosfato tampón (PBS) con glicerol al 20% (v/v). El “microarray” depositado se muestra en la Figura 11. Se puede observar que todas las microgotas son uniformes, con un contorno circular bien definido, y presentan un diámetro de unas 40 μm. Tan alta reproducibilidad demuestra también que la técnica permite superar los inconvenientes asociados con la falta de uniformidad y estabilidad de la capa líquida inherentes a la LIFT. In this experiment, the viability of the embodiment outlined in Figure 4 to print transparent liquids at, or weakly absorbing, of the laser radiation through the preparation of a "microarray" (10 rows by 15 columns) in the conditions for which circular microdroplets are obtained. The liquid solution consisted of a phosphate buffered saline solution (PBS) with 20% glycerol (v / v). The deposited “microarray” is shown in Figure 11. It can be seen that all the microdroplets are uniform, with a well-defined circular contour, and have a diameter of about 40 μm. Such high reproducibility also demonstrates that the technique allows to overcome the drawbacks associated with the lack of uniformity and stability of the liquid layer inherent in the LIFT.

En la presente invención, se desarrolla una técnica para la impresión de líquidos (2) transparentes a, o débilmente absorbentes de, la radiación láser donde se evitan las restricciones impuestas por la preparación de una capa líquida: el líquido (2) es depositado directamente desde su contenedor (1) por medio de la absorción de la energía de un pulso láser (B) fuertemente focalizado en un punto dentro del líquido cerca de la superficie. La técnica da lugar al depósito de microgotas uniformes, bien definidas y muy reproducibles, lo que la hace adecuada para aplicaciones de “micropatterning”. In the present invention, a technique is developed for the printing of liquids (2) transparent to, or weakly absorbing, the laser radiation where the restrictions imposed by the preparation of a liquid layer are avoided: the liquid (2) is deposited directly from its container (1) by absorbing the energy of a laser pulse (B) strongly focused at a point within the liquid near the surface. The technique results in the deposit of uniform, well-defined and highly reproducible microdroplets, which makes it suitable for micropatterning applications.

Claims (21)

REIVINDICACIONES 1. Aparato para la impresión directa con láser sobre un sustrato receptor (4) que comprende medios (3) para la producción de un haz láser (B) que comprenden una fuente (3.1) de haz láser (B) que es capaz de emitir pulsos láser, y medios ópticos (3.2) para focalizar el haz láser (B); un soporte que es capaz de contener un líquido (2) transparente a, 1. Apparatus for direct laser printing on a receiving substrate (4) comprising means (3) for the production of a laser beam (B) comprising a source (3.1) of laser beam (B) that is capable of emitting laser pulses, and optical means (3.2) to focus the laser beam (B); a support that is capable of containing a liquid (2) transparent to, o débilmente absorbente de, la radiación láser teniendo el material a imprimir disuelto o en suspensión; y medios para soportar el sustrato receptor (4) que mantienen la superficie de dicho sustrato receptor (4) a imprimir posicionada en modo operativo de forma que no está en contacto con el líquido (2), es paralela y encara una porción de la superficie libre del líquido (2), y existe una separación entre la porción de la superficie libre del líquido y la superficie del sustrato receptor (4) a imprimir; or weakly absorbent of, the laser radiation having the material to be printed dissolved or suspended; and means for supporting the receiving substrate (4) that maintain the surface of said receiving substrate (4) to be printed operatively positioned so that it is not in contact with the liquid (2), is parallel and faces a portion of the surface free of the liquid (2), and there is a separation between the portion of the free surface of the liquid and the surface of the receiving substrate (4) to be printed; caracterizado porque el soporte que es capaz de contener el líquido (2) es un contenedor (1); los medios ópticos characterized in that the support that is capable of containing the liquid (2) is a container (1); optical media (3.2) para focalizar el haz láser (B) están configurados de forma que el volumen focal (A) del haz láser (B) está localizado dentro del líquido y a una corta distancia de la superficie correspondiente a la porción de la superficie libre del líquido (2) cuando el aparato está en modo operativo, y lejos de cualquier pared del contenedor (1); y los medios ópticos (3.2) están configurados con una fuerte focalización de manera que el haz láser (B) está focalizado suficientemente para causar la absorción de la energía del pulso láser principalmente en el líquido localizado en el volumen focal (A). (3.2) to focus the laser beam (B) are set so that the focal volume (A) of the laser beam (B) is located within the liquid and a short distance from the surface corresponding to the free surface portion of the liquid (2) when the device is in operating mode, and away from any wall of the container (1); and the optical means (3.2) are con fi gured with a strong focus so that the laser beam (B) is sufficiently focused to cause the absorption of the energy of the laser pulse mainly in the liquid located in the focal volume (A).
2. 2.
Aparato según la reivindicación 1, donde los medios (3) para la producción de un haz láser (B) comprenden además un expansor de haz localizado entre la fuente (3.1) de haz láser (B) y los medios ópticos (3.2) para focalizar el haz láser (B) a fin de incrementar la subsiguiente focalización. Apparatus according to claim 1, wherein the means (3) for producing a laser beam (B) further comprise a beam expander located between the laser beam source (3.1) (B) and the optical means (3.2) for focusing the laser beam (B) in order to increase the subsequent focusing.
3. 3.
Aparato según la reivindicación 1, donde el sustrato receptor (4) a imprimir es transparente a la radiación láser y los medios (3) para la producción de un haz láser (B) son tales que el haz láser (B) es capaz de atravesar el sustrato receptor (4) para focalizarse dentro del líquido (2). Apparatus according to claim 1, wherein the receiving substrate (4) to be printed is transparent to the laser radiation and the means (3) for the production of a laser beam (B) are such that the laser beam (B) is capable of passing through the receiving substrate (4) to focus on the liquid (2).
4. Aparato según la reivindicación 1, donde el contenedor (1) es transparente a la radiación láser y los medios 4. Apparatus according to claim 1, wherein the container (1) is transparent to laser radiation and the media (3) para la producción de un haz láser (B) son tales que el haz láser (B) es capaz de atravesar el contenedor (1) para focalizarse dentro del líquido (2). (3) for the production of a laser beam (B) they are such that the laser beam (B) is able to pass through the container (1) to focus on the liquid (2).
5. 5.
Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el contenedor (1) tiene un orificio (1.1) preferiblemente en la base del contenedor (1) cuando el aparato está en modo operativo, de forma que la porción de la superficie libre del líquido (2) en el orificio (1.1) es la porción de la superficie libre del líquido encarada a la superficie del sustrato receptor (4) a imprimir. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the container (1) has a hole (1.1) preferably at the base of the container (1) when the apparatus is in operational mode, so that the portion of the free surface of the liquid (2 ) in the orifice (1.1) is the portion of the free surface of the liquid facing the surface of the receiving substrate (4) to be printed.
6. 6.
Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios (3) adicionales para la producción de haces láser tales que todos los haces láser están focalizados simultáneamente en el mismo volumen focal (A). Apparatus according to any of the preceding claims, comprising additional means (3) for the production of laser beams such that all laser beams are simultaneously focused on the same focal volume (A).
7. 7.
Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un sistema de visión que tiene una cámara (6) para proporcionar una imagen de la superficie del sustrato receptor (4) a imprimir a fin de controlar in situ el proceso de impresión. Apparatus according to any of the preceding claims, comprising a vision system having a camera (6) to provide an image of the surface of the receiving substrate (4) to be printed in order to control the printing process in situ.
8. 8.
Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sustrato receptor (4) a imprimir es móvil con respecto al contenedor (1), manteniendo constante la separación entre la porción de la superficie libre del líquido y la superficie del sustrato receptor (4) a imprimir. Apparatus according to any of the preceding claims, wherein the receiving substrate (4) to be printed is mobile with respect to the container (1), maintaining constant separation between the portion of the free surface of the liquid and the surface of the receiving substrate (4) a to print.
9. 9.
Aparato según la reivindicación 8, donde el sustrato receptor (4) móvil es desplazado por un sistema controlado por un ordenador que es capaz de sincronizar el desplazamiento y el disparo del pulso láser. Apparatus according to claim 8, wherein the mobile receiving substrate (4) is displaced by a computer controlled system that is capable of synchronizing the displacement and firing of the laser pulse.
10. Método para la impresión directa con láser sobre un sustrato receptor (4) que comprende las etapas de 10. Method for direct laser printing on a receiving substrate (4) comprising the steps of
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proveer medios (3) para la producción de un haz láser (B) que incluyen una fuente (3.1) de haz láser (B) que es capaz de emitir pulsos láser, y medios ópticos (3.2) para focalizar el haz láser (B); provide means (3) for the production of a laser beam (B) that include a source (3.1) of laser beam (B) that is capable of emitting laser pulses, and optical means (3.2) for focusing the laser beam (B) ;
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proveer un contenedor (1) que contiene un líquido (2) transparente a, o débilmente absorbente de, la radiación láser teniendo el material a imprimir disuelto o en suspensión, y providing a container (1) containing a liquid (2) transparent to, or weakly absorbing, the laser radiation having the material to be printed dissolved or suspended, and
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proveer medios para soportar el sustrato receptor (4) a imprimir donde el sustrato receptor (4) mantiene la superficie a imprimir posicionada de forma que no está en contacto con el líquido (2), donde la superficie del sustrato receptor (4) a imprimir está posicionada paralela y encarada a la porción de la superficie libre del líquido (2) y donde existe una separación entre la porción de la superficie libre del líquido y la superficie del sustrato receptor (4) a imprimir, donde provide means to support the receiving substrate (4) to be printed where the receiving substrate (4) keeps the surface to be printed positioned so that it is not in contact with the liquid (2), where the surface of the receiving substrate (4) to be printed it is positioned parallel and facing the free surface portion of the liquid (2) and where there is a separation between the free surface portion of the liquid and the surface of the receiving substrate (4) to be printed, where
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el haz láser (B) está focalizado en un volumen focal (A) que está localizado dentro del líquido y a corta distancia de la superficie correspondiente a la porción de la superficie libre del líquido (2) y lejos de cualquier pared del contenedor (1); The laser beam (B) is focused on a focal volume (A) that is located within the liquid and a short distance from the surface corresponding to the portion of the free surface of the liquid (2) and away from any wall of the container (1) ;
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el haz láser (B) está focalizado fuertemente en un volumen focal (A) de forma suficientemente intensa para causar la absorción de la energía del pulso láser principalmente en el volumen focal (A), donde la absorción de la energía del pulso láser en el volumen focal (A) es tal que la energía absorbida por unidad de volumen supera el umbral para la producción de una burbuja sólo en el volumen focal (A), produciendo consecuentemente una burbuja que impulsa la porción de líquido (2) localizada entre el volumen focal (A) y la porción de la superficie libre del líquido (2) hacia la superficie del sustrato receptor (4) a imprimir, y the laser beam (B) is strongly focused on a focal volume (A) sufficiently intense to cause the absorption of the energy of the laser pulse mainly in the focal volume (A), where the absorption of the energy of the laser pulse in the focal volume (A) is such that the energy absorbed per unit volume exceeds the threshold for the production of a bubble only in the focal volume (A), consequently producing a bubble that drives the portion of liquid (2) located between the volume focal (A) and the portion of the free surface of the liquid (2) towards the surface of the receiving substrate (4) to be printed, and
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la porción de líquido (2) impulsada se deposita sobre la superficie del sustrato receptor (4) en forma de microgota del material (5) a imprimir. The driven liquid portion (2) is deposited on the surface of the receiving substrate (4) in the form of a micro drop of the material (5) to be printed.
11. eleven.
Método según la reivindicación 10, donde los parámetros del haz láser (B) y la composición del líquido (2) son elegidos de forma que la absorción de la energía del pulso láser se produce en condiciones no lineales. Method according to claim 10, wherein the parameters of the laser beam (B) and the composition of the liquid (2) are chosen such that the energy absorption of the laser pulse occurs in non-linear conditions.
12. 12.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, donde las condiciones de la absorción de la energía del pulso láser en el volumen focal (A) son tales que la burbuja producida genera un fenómeno de expansión en el líquido (2), desplazando una porción de líquido (2) fuera de la porción de la superficie libre del líquido (2). Method according to any of claims 10 to 11, wherein the conditions of the absorption of the energy of the laser pulse in the focal volume (A) are such that the bubble produced generates a phenomenon of expansion in the liquid (2), displacing a portion of liquid (2) out of the free surface portion of the liquid (2).
13. 13.
Método según la cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, donde las condiciones de la absorción de la energía del pulso láser en el volumen focal (A) son tales que la burbuja producida genera un fenómeno de chorro en el líquido Method according to any one of claims 10 to 11, wherein the conditions of the laser pulse energy absorption in the focal volume (A) are such that the bubble produced generates a jet phenomenon in the liquid
(2) debido a la expansión y colapso de la burbuja, desplazando una porción de líquido (2) fuera de la porción de la superficie libre del líquido (2). (2) due to the expansion and collapse of the bubble, displacing a portion of liquid (2) out of the portion of the free surface of the liquid (2).
14. 14.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, donde el haz láser (B), antes de entrar en los medios ópticos (3.2) para focalizar el haz láser (B), es expandido para aumentar la subsiguiente focalización. Method according to any of claims 10 to 13, wherein the laser beam (B), before entering the optical means (3.2) to focus the laser beam (B), is expanded to increase the subsequent focusing.
15. fifteen.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, donde el sustrato receptor (4) a imprimir se escoge transparente a la radiación del láser, y el haz láser (B) es direccionado para atravesar el sustrato receptor (4) y focalizarse dentro del líquido (2). Method according to any of claims 10 to 14, wherein the receiving substrate (4) to be printed is chosen transparent to the laser radiation, and the laser beam (B) is directed to pass through the receiving substrate (4) and focus within the liquid. (2).
16. 16.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, donde el contenedor (1) se escoge transparente a la radiación del láser, y el haz láser (B) es direccionado para atravesar el contenedor (1) y focalizarse dentro del líquido (2). Method according to any of claims 10 to 14, wherein the container (1) is chosen transparent to the laser radiation, and the laser beam (B) is directed to pass through the container (1) and focus within the liquid (2).
17. 17.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16, donde el contenedor (1) se escoge que tenga un orificio (1.1) bajo el nivel del líquido (2), preferiblemente en la base del contenedor (1), de forma que la porción de la superficie libre del líquido (2) en el orificio (1.1) es la porción de la superficie libre del líquido encarada a la superficie del sustrato receptor (4). Method according to any of claims 10 to 16, wherein the container (1) is chosen to have a hole (1.1) below the level of the liquid (2), preferably at the base of the container (1), so that the portion of The free surface of the liquid (2) in the hole (1.1) is the portion of the free surface of the liquid facing the surface of the receiving substrate (4).
18. 18.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 17, donde los medios (3) adicionales para la producción de haces láser permiten focalizar simultáneamente todos los haces láser (B) en el mismo volumen focal (A). Method according to any of claims 10 to 17, wherein the additional means (3) for the production of laser beams allow to simultaneously focus all the laser beams (B) on the same focal volume (A).
19. 19.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 18, donde una cámara (6) como sistema de visión de la superficie del sustrato receptor (4) a imprimir permite controlar in situ el proceso de impresión. Method according to any of claims 10 to 18, wherein a camera (6) as a vision system for the surface of the receiving substrate (4) to be printed allows the printing process to be controlled in situ.
20. twenty.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 19, donde el sustrato receptor (4) es móvil con respecto al contenedor (1) manteniendo constante la separación entre la porción de la superficie libre del líquido y la superficie del sustrato receptor (4) a imprimir y el desplazamiento está sincronizado con el disparo del pulso láser. Method according to any one of claims 10 to 19, wherein the receiving substrate (4) is mobile with respect to the container (1) maintaining constant separation between the portion of the free surface of the liquid and the surface of the receiving substrate (4) to be printed and the displacement is synchronized with the trigger of the laser pulse.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS SPANISH OFFICE OF THE PATENTS AND BRAND N.º solicitud: 200901669 Application no .: 200901669 ESPAÑA SPAIN Fecha de presentación de la solicitud: 22.07.2009 Date of submission of the application: 07.27.2009 Fecha de prioridad: Priority Date: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA REPORT ON THE STATE OF THE TECHNIQUE 51 Int. Cl. : B41J2/44 (2006.01) B41J2/455 (2006.01) 51 Int. Cl.: B41J2 / 44 (2006.01) B41J2 / 455 (2006.01) DOCUMENTOS RELEVANTES RELEVANT DOCUMENTS
Categoría Category
Documentos citados Reivindicaciones afectadas Documents cited Claims Affected
X X
JP 3187758 A (RICOH KK) 15.08.1991, todo el documento. 1,2,4,6-14,16, JP 3187758 A (RICOH KK) 15.08.1991, the whole document. 1,2,4,6-14,16,
18-20 18-20
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3,5,15,17 3,5,15,17
A TO
DE 19746174 C1 (LEHMANN, U.) 08.07.1999, todo el documento. 1,2,4,6-14,16-20 DE 19746174 C1 (LEHMANN, U.) 08.07.1999, the whole document. 1,2,4,6-14,16-20
Y Y
5,17 5.17
A TO
US 6056388 A (MAXIMOVSKY, S. et al.) 02.05.2000, todo el documento. 1,2,8-10,20 US 6056388 A (MAXIMOVSKY, S. et al.) 02.05.2000, the whole document. 1,2,8-10,20
Y Y
3,15 3.15
A TO
US 5021808 A (KOHYAMA, M.) 04.06.1991, todo el documento. 1,2,4-14,16-20 US 5021808 A (KOHYAMA, M.) 04.06.1991, the whole document. 1,2,4-14,16-20
A TO
EP 1439063 A1 (SAMSUNG ELECTRONICS CO., LTD.) 21.07.2004, todo el documento. 1-20 EP 1439063 A1 (SAMSUNG ELECTRONICS CO., LTD.) 21.07.2004, the whole document. 1-20
A TO
US 2003/0156178 A1 (LEHMANN, U.) 21.08.2003, resumen; párrafos [0067]-[0069],[0092]-[0095]; 1,3,10,15 US 2003/0156178 A1 (LEHMANN, U.) 21.08.2003, summary; paragraphs [0067] - [0069], [0092] - [0095]; 1,3,10.15
figuras 2a-2c,8,9. Figures 2a-2c, 8.9.
A TO
DE 19544099 A1 (HEIDELBERGER DRUCKMASCHINEN AG) 28.05.1997 DE 19544099 A1 (HEIDELBERGER DRUCKMASCHINEN AG) 05.28.1997
Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
Fecha de realización del informe 18.05.2011 Date of realization of the report 18.05.2011
Examinador Ó. González Peñalba Página 1/4 Examiner Ó. González Peñalba Page 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA REPORT OF THE STATE OF THE TECHNIQUE Nº de solicitud: 200901669 Application number: 200901669 Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B41J, B41M Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de Minimum documentation sought (classification system followed by classification symbols) B41J, B41M Electronic databases consulted during the search (database name and, if possible, terms of búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, TXT search used) INVENES, EPODOC, WPI, TXT Informe del Estado de la Técnica Página 2/4 State of the Art Report Page 2/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 200901669 Application number: 200901669 Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 18.05.2011 Date of Completion of Written Opinion: 05/18/2011 Declaración Statement
Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-20 SI NO Claims Claims 1-20 IF NOT
Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-20 SI NO Claims Claims 1-20 IF NOT
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986). The application is considered to comply with the industrial application requirement. This requirement was evaluated during the formal and technical examination phase of the application (Article 31.2 Law 11/1986). Base de la Opinión.-  Opinion Base.- La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica. This opinion has been made on the basis of the patent application as published. Consideraciones:  Considerations: La presente Solicitud se refiere, respectivamente en sus reivindicaciones independientes 1 y 10, a un aparato y a su correspondiente método de funcionamiento para la impresión con láser sobre un sustrato receptor, en los cuales se enfoca, mediante medios de enfoque adecuados, un haz de láser en un volumen focal de un líquido contenido en un recipiente y que es transparente a, o débilmente absorbente de, la radiación de láser, conteniendo dicho líquido el material de impresión disuelto o en suspensión, de tal manera que dicho volumen focal está situado en el seno del líquido, a corta distancia de la superficie libre del líquido y lejos de cualquier pared del recipiente, y los medios ópticos enfocan fuertemente el haz de láser para causar la absorción de la energía del haz de láser en el volumen focal y proyectar así el material de impresión hacia el sustrato de impresión, que se mantiene, por unos medios de soporte, paralelo a la superficie libre del líquido próxima al volumen focal, y separado una cierta distancia de esta. Según el método de la invención, además, dicha absorción de energía es tal, que se produce una burbuja en el volumen focal, la cual impulsa la porción de líquido situada en este y en la superficie libre del líquido hacia el sustrato de impresión, depositándose en él en forma de microgota de material de impresión. Las reivindicaciones dependientes de las 1 y 10 anteriores, tanto para el aparato como para su método de funcionamiento, aportan diversas soluciones constructivas para el principio de funcionamiento genérico en ellas definido, así como detalles sobre los procesos físicos implicados en la proyección de las microgotas, y algunos elementos secundarios como un sistema de visión para el seguimiento o un ordenador para la sincronización de los desplazamientos y disparos. Así, por ejemplo, se contemplan las posibilidades alternativas de que, bien el sustrato sea transparente a la radiación o bien lo sea el recipiente que contiene el material de impresión, para la incidencia del haz de láser atravesando uno u otro elemento. También puede disponerse la impresión en sentido inverso, con la superficie libre del líquido situada debajo del recipiente, sosteniéndose en un pequeño orificio por tensión superficial. The present Application refers, respectively in its independent claims 1 and 10, to an apparatus and its corresponding method of operation for laser printing on a receiving substrate, in which, by suitable focusing means, a laser beam is focused in a focal volume of a liquid contained in a container and that is transparent to, or weakly absorbent of, the laser radiation, said liquid containing the dissolved or suspended printing material, such that said focal volume is located in the sine of the liquid, a short distance from the free surface of the liquid and away from any wall of the container, and the optical means strongly focus the laser beam to cause the absorption of the energy of the laser beam in the focal volume and thus project the printing material towards the printing substrate, which is maintained, by supporting means, parallel to the free surface of the next liquid Ima at the focal volume, and separated a certain distance from it. According to the method of the invention, in addition, said energy absorption is such that a bubble in the focal volume is produced, which drives the portion of liquid located therein and on the free surface of the liquid towards the printing substrate, depositing in it in the form of micro drop of print material. The dependent claims of the preceding 1 and 10, both for the apparatus and for its method of operation, provide various constructive solutions for the principle of generic operation defined therein, as well as details on the physical processes involved in the projection of the microdroplets, and some secondary elements such as a vision system for tracking or a computer for synchronizing movements and shots. Thus, for example, the alternative possibilities are contemplated that, either the substrate is transparent to radiation or the container containing the printing material, for the incidence of the laser beam through one or the other element. Printing can also be arranged in the reverse direction, with the liquid free surface located below the container, being held in a small hole by surface tension. Informe del Estado de la Técnica Página 3/4 State of the Art Report Page 3/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 200901669 Application number: 200901669 1. Documentos considerados.-1. Documents considered.- A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión. The documents belonging to the state of the art taken into consideration for the realization of this opinion are listed below.
Documento Document
Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
D01 D01
JP 3187758 A (RICOH KK) 15.08.1991 JP 3187758 A (RICOH KK) 15.08.1991
D02 D02
DE 19746174 C1 (LEHMANN, U.) 08.07.1999 DE 19746174 C1 (LEHMANN, U.) 08.07.1999
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración 2. Statement motivated according to articles 29.6 and 29.7 of the Regulations for the execution of Law 11/1986, of March 20, on Patents on novelty and inventive activity; quotes and explanations in support of this statement Se considera que la invención definida en las reivindicaciones 1-20 de la presente Solicitud carece de actividad inventiva por poder deducirse de forma evidente del estado de la técnica por un experto en la materia. En efecto, el documento D01, considerado como el estado de la técnica más próximo al objeto de la invención y citado en el Informe sobre el Estado de la Técnica (IET) con las categorías X e Y (por sí solo o en combinación con otros documentos), recoge esencialmente los mismos elementos, funcionando de la misma manera para obtener idéntico fin que el aparato y método de las reivindicaciones 1 y 10 de la invención. Un haz luminoso procedente de una fuente (referencia 9; Figura 2) se proyecta y enfoca fuertemente, por los medios adecuados (elementos 6 y 7 de las Figuras 1 y 2), en un volumen focal próximo a la superficie libre de un líquido (referencia 2; Figura 2) albergado en un recipiente ("cámara"; véase el resumen) y que contiene tinta de impresión, proyectándose, como resultado de ello, una gota líquida desde dicha superficie. Puede observarse, por ejemplo, en la Figura 2 que el haz luminoso atraviesa prácticamente todo el espesor del líquido antes de enfocarse, por lo que, aunque no se detallan propiedades de dicho líquido, es evidente que ha de ser transparente a la radiación utilizada o poco absorbente de esta. Asimismo, los puntos negros repartidos en el espesor del líquido (Figura 2) inducen a pensar que se trata de tinta suspendida en él. Por otra parte, aunque no se menciona expresamente el uso de un láser en D01, un experto de la técnica podrá recurrir de un modo evidente a esta opción (cuyo uso es ya totalmente generalizado en la técnica de la impresión por transferencia) como caso particular de la fuente de luz genérica designada con la referencia 9, por ejemplo, en la Figura 2. Tampoco se detalla expresamente en D01 el proceso termofísico de generación de las gotas de tinta descrito en la reivindicación 10, pero los idénticos elementos implicados en D01 conllevarán, necesariamente, los mismos resultados físicos, aunque estos no se describan, ni tan siquiera se conozcan. Un haz suficientemente intenso, enfocado a similar distancia de la superficie y con una misma forma de la superficie libre, provocará burbujas similares capaces de proyectar gotas. El experto de la técnica que ponga en práctica y haga funcionar el dispositivo de D01 podrá observar, por tanto, los mismos procesos como resultado. Cabe concluir de todo lo anterior que las reivindicaciones 1 y 10 de la presente Solicitud carecen de actividad inventiva con respecto a D01, según el Art. 8 de la LP. Las restantes características de las reivindicaciones dependientes también están ya anticipadas o son evidentes partiendo del estado de la técnica. Así, por ejemplo, la forma del haz luminoso que emerge de la fuente 9 de D01 implica la presencia del expansor de haz recogido en la reivindicación 2; y el fondo de la cámara (referencia 5) es transparente a la radiación, al igual que lo descrito en la reivindicación 4. Las configuraciones de las reivindicaciones 3, 5, 15 y 17 no se encuentran, sin embargo, en D01, pero sí en los documentos D02 y D03 (citados en el IET con la categoría Y para dichas reivindicaciones): en D02, la trayectoria de proyección de las gotas es hacia abajo, a través de un orificio situado en la parte inferior del recipiente; y en D03, el sustrato de impresión (referencia 11; Figura 3) es transparente al haz luminoso (referencia 9). Ambos documentos pertenecen, además, al mismo campo técnico de impresión por transferencia provocada por radiación, por lo que un experto de la técnica podrá recurrir a ellos de forma evidente para resolver los problemas técnicos planteados en la invención y resueltos por dichas configuraciones, que D01 no es capaz de solucionar por sí solo. Cabe concluir, en consecuencia, que también las reivindicaciones dependientes 3, 5, 15 y 17 carecen de actividad inventiva con respecto a la combinación de D01 y D02, o D01 y D03, según el mencionado Art. 8 LP. It is considered that the invention defined in claims 1-20 of the present Application lacks inventive activity because it can be deduced in an evident way from the state of the art by a person skilled in the art. Indeed, document D01, considered as the state of the art closest to the object of the invention and cited in the State of the Art Report (EIT) with categories X and Y (alone or in combination with others documents), collects essentially the same elements, operating in the same manner to obtain the same purpose as the apparatus and method of claims 1 and 10 of the invention. A light beam from a source (reference 9; Figure 2) is projected and focused strongly, by appropriate means (elements 6 and 7 of Figures 1 and 2), on a focal volume close to the free surface of a liquid ( reference 2; Figure 2) housed in a container ("chamber"; see summary) and containing printing ink, projecting, as a result, a liquid drop from said surface. It can be seen, for example, in Figure 2 that the light beam crosses practically the entire thickness of the liquid before focusing, so, although no properties of said liquid are detailed, it is obvious that it must be transparent to the radiation used or Little absorbent of this. Likewise, the black dots distributed in the thickness of the liquid (Figure 2) lead us to think that it is ink suspended in it. On the other hand, although the use of a laser in D01 is not expressly mentioned, a person skilled in the art will be able to use this option in an evident way (whose use is already fully generalized in the technique of transfer printing) as a particular case of the generic light source designated with reference 9, for example, in Figure 2. Nor is D01 expressly detailed the thermophysical process of generating the ink drops described in claim 10, but the identical elements involved in D01 will entail , necessarily, the same physical results, although these are not described, not even known. A sufficiently intense beam, focused at a similar distance from the surface and with the same shape of the free surface, will cause similar bubbles capable of projecting drops. The person skilled in the art who implements and operates the device of D01 will therefore be able to observe the same processes as a result. It can be concluded from all of the foregoing that claims 1 and 10 of this Application lack inventive activity with respect to D01, according to Art. 8 of the LP. The remaining features of the dependent claims are also already anticipated or are evident from the prior art. Thus, for example, the shape of the light beam emerging from the source 9 of D01 implies the presence of the beam expander set forth in claim 2; and the bottom of the chamber (reference 5) is transparent to radiation, as described in claim 4. The configurations of claims 3, 5, 15 and 17 are not, however, in D01, but in documents D02 and D03 (cited in the EIT with category Y for said claims): in D02, the projection path of the drops is downwards, through a hole located in the lower part of the container; and in D03, the printing substrate (reference 11; Figure 3) is transparent to the light beam (reference 9). Both documents belong, in addition, to the same technical field of transfer printing caused by radiation, so that a person skilled in the art will be able to use them in an obvious way to solve the technical problems raised in the invention and solved by said configurations, which D01 It is not able to solve on its own. It can be concluded, therefore, that also dependent claims 3, 5, 15 and 17 lack inventive activity with respect to the combination of D01 and D02, or D01 and D03, according to said Art. 8 LP. Informe del Estado de la Técnica Página 4/4 State of the Art Report Page 4/4
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