Godine 1726. sir Isaac Newton prvi je podijelio priču o tome kako je svojedobno sjedio ispod stabla jabuke razmišljajući o tome zašto voće pada ravno na zemlju. Fizičar je rekao da su ga ove meditacije na strani debla dovele do pozicioniranja teorije gravitacije 1687. Neki su čak preuveličali priču kako bi sugerirali da ga je ideja pogodila doslovno u obliku jabuke u glavu.
Međutim, mi često ne čekamo da jabuka padne s grane da bi je uhvatili. Umjesto toga, sami ga oljuštimo - lak zadatak kada je objekt čvrst.
Kad se bavimo tekućinom i pokušavamo proizvesti kapljice, još uvijek smo na volji gravitacije. Trebate samo davati kapi za oči, koristeći pipetu koja dolazi s kupljenom bočicom, jednom da znate koliko je teško iskoristiti sile gravitacije u svoju korist i usmjeriti precizne kapljice prema doziranju na vaše pri- otvorena očna jabučica.
Trenutačni strojevi koji se koriste za ubrizgavanje tekućine u kapsule na tablete na sličan je način ograničena silom gravitacije, kao i mehanizam unutar pisača koji tintom ulijeva papir na papir ili čak mlaznice koje ispuštaju tekuće sastojke kako bi napravili slatkiše.
Međutim, ako se može suprotstaviti sili koja nas sve drži prizemljenom, otvara se čitavo područje mogućnosti - posebno u rastućem polju proizvodnje aditiva, gdje se tehnologija koristi za izgradnju trodimenzionalnih objekata jedan po jedan fini sloj. Istraživači sa Sveučilišta Harvard izvijestili su danas u Science Advancesu da su razvili novu tehniku koja koristi zvučne valove za kontrolu ispisa kapljica na zahtjev, bez obzira na viskoznost tekućine.
Kontroliranjem ciljnog položaja, izbačene kapljice mogu se pažljivo deponirati i obrađivati bilo gdje. U ovom primjeru kapi meda uzorkaju se na staklenoj podlozi. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Sveučilište Harvard) Možda za razliku od samog Newtona, vodeći autor studije Daniele Foresti, primijenjeni fizičar na Harvardu, radio je na nepovezanim istraživanjima u svom laboratoriju, koristeći akustičku levitaciju za suspenziju stvari poput zrnca kave, vode, pa čak i čačkalica u zraku, kada se pojavila ideja primijeniti ono što je radio na tiskanju pogodilo ga je. Svoju je viziju mogao isprobati kad je postao postdoktorski kolega u laboratoriju koji je režirala Jennifer Lewis, znanstvenica na Harvardu i koautorica studije koja se specijalizirala za 3D ispis.
Tipični tintni pisači stvaraju slike pomoću sitnih kapljica tinte, ali vrsta tinte koja se koristi mora se uklopiti u slatko mjesto viskoznosti - otprilike 10 puta viskoznije od vode - da bi se lako slijevalo kako bi se kapljice stvorile brzo i kaple prema dolje uz pomoć gravitacije. Ali što ako želite imati veću komandu nad debljim fluidima, pitali su se istraživači. Ponekad se za izradu biofarmaceutika koriste biopolimeri na bazi šećera, ljepljivi poput meda - govorimo 25.000 puta viskozniji od vode.
S tim ciljem, tim je stvorio alat nazvan subWAVE, ili akvatophoretinski izbacivač voksela s podvodnom valnom snagom, što je fantastični znanstveni naziv za maleni uređaj s cilindričnom komorom u kojem super ograničeno akustičko polje stvara silu povlačenja 100 puta jaču od gravitacija na vrhu male mlaznice pisača.
Koristeći subWAVE, istraživači su stvorili hrpu kapljica od tekućeg metala. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Sveučilište Harvard) Tekućina se spušta niz mlaznicu i dok dosegne vrh, kapljica počinje rasti. Možete primijetiti kako se to događa kad uvijek tako lagano uključite slavinu i gledate kako kapaljke rastu prije nego što zaronite prema dnu sudopera. Upravo kad kapljica dosegne željenu veličinu, kontrolirani zvučni valovi se pune komore s takvim intenzitetom da se kapljica istrgne s vrha štapa - baš poput "jabuke sa stabla", kaže Lewis - i sigurno se vodi prema materijalu ispod gdje je potrebno ispisati ili ubrizgati.
"Upotreba akustičkog zračenja za prisiljavanje kapi iz mlaznice je nova i vrlo cool", kaže Bruce Drinkwater, ultrazvučni inženjer sa Sveučilišta u Bristolu koji nije bio uključen u istraživanje. "Što to znači da se, kako kap ispadne, može kontrolirano izvući iz mlaznice. Čini se poput para nevidljivih ruku koji oblikuju i oblikuju kap dok se pojavljuje. "
Kad se oslanjate na običnu staru gravitaciju kako biste premjestili precizne kapljice na točna mjesta, viskoznost ili protok tekućine komplicira zadatak. Ali kad se gravitacija negira, viskoznost nije toliko važna. Tim je pomoću ove tehnologije mogao ispisati kapljice širokog raspona tekućina, od tekućeg metala do smole koja se koristi za izradu sitnih sočiva fotoaparata do tekućine iz matičnih stanica.
Tim je napio Oreo kapljicama meda. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Sveučilište Harvard) Iako istraživači vjeruju da bi se tehnologija mogla koristiti u raznim područjima, to je posebno uzbudljivo za farmaceutsku industriju i za biološko područje koje se razvija, što uključuje isporuku osjetljivih i visoko koncentriranih staničnih materijala pacijentima za liječenje bolesti. Kako zvuk ne propušta lako tekućinu, osjetljiv ćelijski materijal mogao bi se sigurno prenijeti novom tehnikom, kaže Lewis.
"Ono što ga čini vrlo značajnim djelom je to što je manje ili više neovisno o tekućini koja se ispisuje, što proširuje spektar materijala koji se mogu tiskati", kaže Drinkwater.
Čak su ispisali i kapljice meda na kolačić Oreo.
