To w 1726 roku Sir Isaac Newton po raz pierwszy opowiedział o tym, jak kiedyś usiadł pod jabłonią, zastanawiając się, dlaczego owoc spadł prosto na ziemię. Fizyk powiedział, że te medytacje od strony tułowia doprowadziły go do przyjęcia teorii grawitacji w 1687 r. Niektórzy nawet przesadzili, by zasugerować, że pomysł uderzył go dosłownie w postaci jabłka w głowę.
Jednak często nie czekamy, aż jabłko spadnie z gałęzi, aby je przejąć. Zamiast tego sami ją obieramy - łatwe zadanie, gdy obiekt jest solidny.
Kiedy mamy do czynienia z cieczami i próbujemy wytwarzać kropelki, wciąż jesteśmy na łasce grawitacji. Musisz tylko samodzielnie podać krople do oczu, używając pipety dostarczonej z fiolką kupioną w sklepie, aby dowiedzieć się, jak trudno jest wykorzystać siły grawitacji na swoją korzyść i poprowadzić precyzyjne kropelki zgodnie z dawką na twój pried- otwórz gałkę oczną.
Obecne urządzenia stosowane do wstrzykiwania płynów do kapsułek pigułek są podobnie ograniczone przez siłę grawitacji, podobnie jak mechanizm wewnątrz drukarki, który pluje atramentem na kawałek papieru lub nawet dysze, które dozują upłynnione składniki w celu wytworzenia słodyczy.
Jednakże, jeśli można przeciwstawić się sile, która utrzymuje nas uziemionymi, otwiera się cała dziedzina możliwości - zwłaszcza w rozwijającym się obszarze wytwarzania przyrostowego, w którym technologia jest wykorzystywana do konstruowania trójwymiarowych obiektów po jednej cienkiej warstwie. Naukowcy z Harvard University donosili dziś w Science Advances, że opracowali nową technikę, która wykorzystuje fale dźwiękowe do kontrolowania drukowania kropel na żądanie, bez względu na lepkość cieczy.
Kontrolując pozycję docelową, wyrzucane kropelki można ostrożnie osadzać i modelować w dowolnym miejscu. W tym przykładzie krople miodu są wzorowane na szklanym podłożu. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Harvard University) Być może nie inaczej niż sam Newton, główny autor badania, Daniele Foresti, fizyk stosujący z Harvardu, pracował nad niepowiązanymi badaniami w swoim laboratorium, stosując lewitację akustyczną do zawieszania takich rzeczy, jak granulki kawy, woda, a nawet wykałaczki w powietrzu, kiedy pomysł na zastosowanie uderzyło go to, co robił z drukowaniem. Był w stanie przetestować swoją wizję, gdy został doktorem habilitowanym w laboratorium kierowanym przez Jennifer Lewis, naukowca z Harvardu i współautora badań, który specjalizuje się w druku 3D.
Typowe drukarki atramentowe tworzą obrazy przy użyciu drobnych kropelek atramentu, ale rodzaj używanego atramentu musi mieścić się w słodkim punkcie lepkości - około 10 razy lepszym niż woda - aby płynąć wystarczająco łatwo, aby szybko tworzyć kropelki i kapać w dół za pomocą grawitacji. Ale co, jeśli chcesz mieć większą kontrolę nad gęstszymi płynami, zastanawiali się naukowcy. Czasami do produkcji biofarmaceutyków używa się biopolimerów na bazie cukru, tak lepkich jak miód - mówimy o 25 000 razy lepszych od wody.
Mając to na uwadze, zespół stworzył narzędzie o nazwie subwave lub akustoforetyczny wyrzutnik wokseli o podfalach, co jest fantazyjną naukową nazwą dla małego urządzenia z cylindryczną komorą, w którym bardzo ograniczone pole akustyczne wytwarza siłę ciągnącą 100 razy silniejszą niż grawitacja na końcu małej dyszy drukarki.
Korzystając z subWAVE, naukowcy stworzyli stos kropli ciekłego metalu. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Harvard University) Ciecz spływa w dół dyszy i gdy dociera do końcówki, kropla zaczyna rosnąć. Możesz to zaobserwować, gdy tak delikatnie odkręcasz kran i patrzysz, jak kapią, zanim opadną w kierunku dna zlewu. Właśnie wtedy, gdy kropla osiąga pożądany rozmiar, podawane są kontrolowane fale dźwiękowe wypełniające komorę z taką intensywnością, że kropla jest zrywana bezpośrednio z czubka pręta - podobnie jak „jabłko z drzewa” - mówi Lewis - i bezpiecznie prowadzona do materiału poniżej, gdzie należy go wydrukować lub wstrzyknąć.
„Zastosowanie promieniowania akustycznego do wypychania kropli z dyszy jest nowe i bardzo fajne”, mówi Bruce Drinkwater, inżynier ultradźwięków z University of Bristol, który nie był zaangażowany w badania. „Oznacza to, że gdy pojawi się kropla, można ją w sposób kontrolowany wyciągnąć z dyszy. To trochę jak para niewidzialnych dłoni kształtujących i formujących kroplę, gdy się pojawia. ”
Opierając się na starej, zwykłej grawitacji, aby przenosić precyzyjne kropelki do dokładnych miejsc, lepkość lub przepływ cieczy komplikuje zadanie. Ale kiedy neguje się grawitację, lepkość nie ma tak wielkiego znaczenia. Zespół był w stanie wykorzystać tę technologię do „drukowania” kropli szerokiej gamy płynów, od ciekłego metalu do żywicy używanej do wytwarzania małych obiektywów aparatu do płynów z komórek macierzystych.
Zespół rozsypał Oreo kroplami miodu. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Harvard University) Chociaż naukowcy uważają, że technologia ta może być stosowana w różnych dziedzinach, jest ona szczególnie ekscytująca dla przemysłu farmaceutycznego i rozwijającej się dziedziny biologii, która obejmuje dostarczanie pacjentom wrażliwych i wysoce skoncentrowanych materiałów komórkowych w celu leczenia chorób. Jak mówi Lewis, ponieważ dźwięk nie przenika łatwo z płynami, delikatny materiał komórkowy można bezpiecznie przenieść za pomocą tej nowej techniki.
„To, co czyni go bardzo znaczącym, polega na tym, że jest mniej więcej niezależna od drukowanej cieczy, co rozszerza zakres materiałów, które można wydrukować”, mówi Drinkwater.
Drukowali nawet kropelki miodu na ciasteczku Oreo.
