Se oli vuonna 1726, että Sir Isaac Newton kertoi ensimmäisen kerran tarinan siitä, kuinka hän kerran istui omenapuun alla pohtien, miksi hedelmät putosivat suoraan maahan. Fyysikko sanoi, että nämä tavaratilaan suuntautuvat meditaatiot ovat johtaneet siihen, että hän aiemmin suhtautui painovoiman teoriaan vuonna 1687. Jotkut jopa liioittelivat tarinaa ehdottaakseen, että ajatus iski häntä kirjaimellisesti omenaksi päähän.
Emme kuitenkaan odota usein, että omena putoaa oksasta tarttuakseen siihen. Sen sijaan me kypsämme sen itse - helppo tehtävä, kun esine on kiinteä.
Kun käsittelemme nesteitä ja yritämme tuottaa pisaroita, olemme edelleen painovoiman armoilla. Sinun on annettava vain silmätipat itse käyttämällä myymälässä ostetun injektiopullon mukana tulevaa pipettiä, kun tiedät kerran, kuinka vaikeaa on käyttää painovoimia teidän eduksesi ja ohjata tarkkoja pisaroita annostuksen mukaan lisälaitteillesi. avoin silmämuna.
Nykyisiä koneita, joita käytetään nesteiden injektoimiseksi pilleri kapseliin, rajoittaa samoin painovoima, samoin kuin mekanismi tulostimen sisällä, joka levittää mustetta paperille tai jopa suuttimille, jotka jakavat nesteytettyjä aineosia karkkien valmistamiseksi.
Kuitenkin, jos pystymme uhmata voiman, joka pitää meidät kaikki maadoitettuna, avautuu koko mahdollisuuksien alue - etenkin lisäaineiden valmistuksen kasvavassa kentässä, jossa tekniikkaa käytetään kolmiulotteisten esineiden rakentamiseen yksi hieno kerros kerrallaan. Harvardin yliopiston tutkijat kertovat tänään Science Advances -tapahtumassa kehittäneensä uuden tekniikan, joka käyttää ääniaalloja hallitsemaan pisaroiden tulostamista tilauksesta riippumatta nesteen viskositeetista.
Hallitsemalla kohdeasentoa, poistetut pisarokset voidaan sijoittaa huolellisesti ja kuvioida missä tahansa. Tässä esimerkissä hunajapisarat kuvioidaan lasialustalle. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Harvardin yliopisto) Ehkä ei toisin kuin itse Newton, tutkimuksen johtava kirjailija Daniele Foresti, Harvardin soveltuva fyysikko, työskenteli laboratoriossaan etuyhteydetöntä tutkimusta varten akustisella levitaatiolla keskeyttääkseen esimerkiksi kahvirakeet, vesi ja jopa hammastikun ilmassa, kun ajatus soveltaa mitä hän teki tulostamiseen, löi hänet. Hän pystyi kokeilemaan näkemystään, kun hänestä tuli jatkotutkijatohtori laboratoriossa, jota ohjaa Jennifer Lewis, Harvardin materiaalitieteilijä ja 3D-tulostukseen erikoistuneen tutkimuksen avustaja.
Tyypilliset mustesuihkutulostimet luovat kuvia pienillä mustepisaroilla, mutta käytetyn mustetyypin on sovittava viskositeetin makeaan kohtaan - noin 10 kertaa viskoosimpaa kuin vesi -, jotta se virtaa riittävän helposti muodostamaan pisaroita nopeasti ja tippuen alaspäin painovoima. Mutta entä jos haluat saada enemmän hallintaa paksummille nesteille, tutkijat ihmettelivät. Joskus biofarmaseuttisissa valmisteissa käytetään sokeripohjaisia biopolymeerejä, jotka ovat niin tahmeita kuin hunaja - puhumme 25 000 kertaa viskoosimpia kuin vesi -.
Tätä päämäärää ajatellen ryhmä loi työkalun nimeltä subWAVE tai subwavelength acoustophoretic voxel ejector, joka on hieno tieteellinen nimi pienelle laitteelle, jolla on lieriömäinen kammio, jossa superrajoitettu akustinen kenttä luo 100 kertaa voimakkaamman vetovoiman kuin painovoima pienen tulostimen suuttimen kärjessä.
SubWAVE: n avulla tutkijat loivat nestemäisen metallin tippakasan. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Harvardin yliopisto) Neste laskeutuu suuttimesta alas ja kun se saavuttaa kärjen, pisara alkaa kasvaa. Voit tarkkailla tätä tapahtuvan, kun kytket hanaa aina niin vähän, kun tarkkailet tippojen kasvaa ennen kuin ne upottavat pesualtaan pohjaan. Juuri kun pisara saavuttaa halutun koon, hallitut ääniaallat annetaan täyttämään kammio sellaisella intensiteetillä, että pisara leviää heti sauvan kärjestä - aivan kuten ”omena puusta”, Lewis sanoo - ja ohjataan turvallisesti materiaaliin. alapuolella, missä se on tulostettava tai injektoitava.
"Akustisen säteilyn käyttö pakottaa putoaa suuttimesta on uusi ja erittäin viileä", sanoo Bruce Drinkwater, Bristolin yliopiston ultraääniinsinööri, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. ”Tämä tarkoittaa, että pudotuksen noustessa sitä voidaan vetää kontrolloidusti suuttimesta. Se on ikään kuin pari näkymättömiä käsiä, jotka muotoilevat ja muovaavat tippaa sen ilmestyessä. ”
Kun luotat vanhaan painovoimaan siirtääksesi tarkkoja pisaroita tarkkoihin paikkoihin, nesteen viskositeetti tai virtaus vaikeuttaa tehtävää. Mutta kun painovoima negatiivistetaan, viskositeetilla ei ole niin merkitystä. Ryhmä pystyi käyttämään tätä tekniikkaa "tulostamaan" tippaa monenlaista nestettä, nestemäisestä metallista hartsiin, jota käytetään pienten kameran linssien valmistamiseen kantasolujen nesteeksi.
Joukkue pisteli Oreon tipalla hunajaa. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Harvardin yliopisto) Tutkijoiden mielestä tekniikkaa voitaisiin käyttää monilla aloilla, mutta se on erityisen jännittävä lääketeollisuudelle ja kehittyvälle biologian alalle, joka käsittää herkän ja erittäin tiivistetyn solumateriaalin toimittamisen potilaille sairauksien hoitamiseksi. Koska ääni ei läpäise helposti nesteitä, herkkä solumateriaali voitaisiin siirtää turvallisesti tätä uutta tekniikkaa käyttämällä, Lewis sanoo.
"Mikä tekee siitä erittäin merkittävän teoksen, on se, että se on enemmän tai vähemmän riippumaton painettavasta nesteestä, mikä laajentaa tulostettavien materiaalien valikoimaa", Drinkwater sanoo.
He jopa painasivat hunajapisarat Oreo-evästeelle.
