Kształtowanie cieczy dźwiękiem

Fot. Pixabay CC0

Dzięki opracowanej przez zespół z Harvard University metodzie drukowania, możliwe stało się generowanie kropel cieczy o niespotykanym dotąd zakresie składu i lepkości. Technika ta wykorzystuje fale dźwiękowe i może ostatecznie rozszerzyć możliwości tworzenia materiałów optycznych i przewodzących.

Nie sposób wymienić wszystkich zastosowań kropli cieczy. Najczęstszą techniką stosowaną do ich modelowania jest drukowanie atramentowe, ale jest ono odpowiednie tylko dla cieczy, które są około 10 razy bardziej lepkie niż woda. Problem polega na tym, że wiele płynów interesujących naukowców wykracza poza ten zakres. Na przykład biopolimery i roztwory obciążone komórkami, których używa się w biofarmaceutykach, mają lepkość co najmniej sto razy większą. Dodatkowo, optymalizację wielkości kropel utrudnia fakt, że lepkość ta zmienia się dramatycznie wraz z temperaturą.

Daniele Foresti, jeden z autorów publikacji, która znalazła się w „Science Advances", powiedział: „Naszym celem było opracowanie systemu drukowania, który jest niezależny od właściwości płynu". W tym celu badacze zwrócili się ku falom akustycznym. Spójrzmy na przykład: dzięki grawitacji woda może kapać z kranu,a krople tworzą się z określoną prędkością. Smoła, która jest około 200 miliardów razy bardziej lepka niż woda, utworzy pojedynczą kroplę raz na dekadę.

Fale akustyczne były zwykle do tej pory używane do przeciwstawiania się grawitacji. Naukowcy z Harvardu postanowili użyć ich do jej wspomagania. Naukowcy zbudowali poddźwiękowy rezonator, który może generować bardzo ograniczone pole akustyczne. Stwarza to siłę ciągnącą przekraczającą 100 razy siły grawitacji, która jest skierowan na końcówkę dyszy drukarki. Siła ta wyciąga z niej kroplę, gdy osiągnie ona określony rozmiar i wyrzuca ją w kierunku celu drukowania. Im wyższa amplituda fal dźwiękowych, tym mniejsza wielkość kropli, niezależnie od lepkości płynu.

Opracowaną przez siebie metodę naukowcy przetestowali na szerokiej gamie materiałów, od miodu, przez komórki macierzyste, po metale ciekłe. Co ważne, fale dźwiękowe nie przemieszczają się przez kropelkę, dzięki czemu metoda ta jest bezpieczna w użyciu nawet w przypadku wrażliwych ładunków biologicznych, takich jak żywe komórki lub białka. "Nasza technologia powinna mieć natychmiastowy wpływ na przemysł farmaceutyczny" – powiedziała Jennifer A. Lewis z zespołu. "Wierzymy jednak, że stanie się to ważną platformą dla wielu branż."

(KB)