Акустическая печать:звуковые волны создают точные капли из любой жидкости

• Акустофоретическая печать использует звуковые волны для создания капель из любой жидкости.
• На технику не влияет вязкость или состав жидкости.
• Размер капель обратно пропорционален амплитуде звуковой волны:чем меньше амплитуда, тем больше капли.
• Приложения охватывают биофармацевтические препараты, косметику, продукты питания и современные материалы.

Эволюция домашней печати началась в 1930-х годах. Сегодня жидкостные струйные и лазерные принтеры обеспечивают быструю, энергоэффективную и высококачественную цветную печать по низкой цене.

Струйная технология, наиболее распространенный метод формирования капель, ограничивается жидкостями, вязкость которых как минимум в десять раз превышает вязкость воды. Лазерно-индуцированный прямой перенос и печать с использованием клапанов еще больше ограничивают производительность из-за размера сопла, расстояния между источником и подложкой и вязкости. Настройка этих параметров для каждой краски становится сложной задачей, поскольку ее свойства меняются в зависимости от температуры и времени.

Многие жидкости, необходимые для биопечати — биополимеры, гели с высоким содержанием сахара — имеют вязкость, превышающую 100-кратную вязкость воды, а некоторые — густые, как мед (≈25 000-кратную воду). Такая высокая вязкость затрудняет традиционную печать.

Исследователи из Гарварда разработали акустический метод, который преодолевает эти ограничения. Создавая сильно ограниченное акустическое поле на кончике сопла, они могут производить капли по требованию независимо от свойств жидкости.

Как это работает

Сама по себе гравитация не может регулировать размер капель. В то время как вода капает из крана за считанные секунды, смола — в 200 миллиардов раз более вязкая, чем вода — образует одну каплю за десять лет. Команда из Гарварда использовала звуковые волны, чтобы управлять образованием капель. Акустическая левитация уже давно продемонстрировала способность противодействовать гравитации; здесь для этого используется процесс, называемый акустофоретической печатью.

Источник:Даниэле Форести/Дженнифер А. Льюис/Гарвардский университет

Субволновой акустический резонатор создает на кончике сопла акустическое поле, в 100 раз более сильное, чем гравитация (1 г), что в четыре раза превышает гравитационное притяжение Солнца. Когда капля достигает критического размера, акустическая сила извлекает ее из сопла и перемещает в заданное место. Важно отметить, что размер капли определяется амплитудой волны, независимо от вязкости жидкости.

Ссылка:Достижения науки | doi:10.1126/sciadv.aat1659 | Гарвардский университет

Тестирование и приложения

Источник:Даниэле Форести/Дженнифер А. Льюис/Гарвардский университет

Метод был проверен на различных материалах — биополимерах, меде, оптических смолах, чернилах стволовых клеток и жидких металлах. Поскольку звуковые волны не могут проникать через капли, этот метод сохраняет целостность хрупких биомолекул, таких как белки и живые клетки.

Читайте:Ученые напечатали на 3D-принтере искусственную роговицу человека с помощью «биочернил»

Исследователи ожидают, что акустофоретическая печать может произвести революцию в производстве косметики, биофармацевтических препаратов и продуктов питания, а также расширить использование проводящих и оптических материалов.