Со звуком: придуман способ печати вязкими жидкостями

Автор: Mega
Просмотров: 138
Комментариев: 0
Категория: Технологии
Дата: 5-09-2018, 12:05
Со звуком: придуман способ печати вязкими жидкостями
Со звуком: придуман способ печати вязкими жидкостямиИсследователи Института Висса при Гарварде разработали новый метод печати, использующий звуковые волны для формирования капель из различных вязких жидкостей, например, мёда. Акустические волны ускоряют формирование капель из материалов, которые могли бы сами по себе формировать капли годами.
Струйная печать – самый распространённый метод печати, используемый сегодня. Правда, для него нельзя использовать какие угодно жидкости: все "чернила" для струйного принтера должны быть примерно в десять раз более вязкими, чем вода.

Между тем многие жидкости, представляющие интерес для исследователей, являются гораздо более вязкими. Например, биополимерные растворы, используемые для создания биофармацевтических препаратов и биопечати, являются по меньшей мере в сто раз более вязкими, чем вода.

Некоторые биополимеры на основе сахаров могут быть и вовсе вязкими, как мёд, который в 25 тысяч раз превосходит по этому показателю воду. Другими словами, именно вязкость мешает учёным использовать для печати "нетрадиционные" жидкости.

Как говорит первый автор нового исследования Даниэль Форести (Daniele Foresti) из Института Висса, цель его команды состояла в том, чтобы вычеркнуть вязкость из ключевых параметров, разработав систему печати, которая не зависит от этого свойства жидкости.

При струйной печати капли различных жидкостей (тех же чернил) отделяются от основной массы под действием гравитации. Собственно, благодаря гравитации капли любой жидкости и формируются.

Между тем даже гравитация в этом вопросе не всесильна. По этой причине учёные не могут использовать в работе любые интересующие их жидкости. Простой пример: смола, вязкость которой примерно в 200 миллиардов раз превышает вязкость воды, сама по себе образует каплю за десятилетие. Иными словами, одной гравитацией обойтись нельзя. Кроме того, только при помощи гравитации трудно контролировать скорость падения капель. Между тем, для печати последняя имеет большое значение.

Чтобы ускорить образование капель вязких жидкостей, учёные обратились к звуковым волнам, которые нередко бросают вызов силе тяжести (сразу вспоминается акустическая левитация). Правда, теперь учёные используют их, чтобы гравитации помочь, а не противостоять.

Специалисты построили субволновой акустический резонатор, который может формировать узконаправленное акустическое поле. Оно создаёт силу, превышающую гравитационную силу, действующую на формирующуюся на кончике выпускного отверстия принтера каплю, в сто раз.

Форести поясняет, что их идея состояла в создании акустического поля, которое буквально отрывает крошечные капельки очень вязкой жидкости от сопла принтера. Такая контролируемая сила отделяет каждую "медлительную" каплю, появившуюся из сопла, когда она достигает определённого размера, и сбрасывает её на нужную точку. При этом чем выше амплитуда звуковых волн, тем меньше размер капли (независимо от вязкости жидкости).

Исследователи протестировали новый способ печати при помощи большого количества вязких материалов (от мёда до "чернил" из стволовых клеток, от биополимеров до оптических смол и даже жидких металлов).

Важно отметить, что звуковые волны не проходят через саму каплю, что делает метод безопасным для работы с чувствительными биологическими материалами (живыми клетками и белками).

По мнению учёных, их разработка найдёт применение прежде всего в фармацевтической промышленности. Впрочем, они не исключают тот факт, что новый способ печати пригодится и другим отраслям.

Принтеры, использующие звуковые волны, однажды могут позволить людям создавать структуры из капель мёда или даже печатать человеческие ткани без повреждения клеток.



Результаты исследования представлены в издании Science Advances.

Научно-популярное онлайн издание "Меганаука"