利用声波来打印
图片来自Youtube视频截图
通过声波的压力将液滴从喷嘴拉出
哈佛大学宣布其研究员开发出了一种用声音来打印的方法。根据2018年8月31日的报道,这种被称作“声泳打印”的技术将能够实现多种生物药品、化妆品和食物的制造,而且也给光学和导电材料带来新的可能。
过去得益于喷墨打印技术,使用墨水等液体进行打印在生活中已经随处可见。但是,如果你要打印的是活的细胞或者其他生物材料呢?或者打印的是液体金属呢?对于喷墨打印来说,如果液体变得浓稠,就很难把它从喷嘴里拉出来。不过现在,虽然这种新技术还处在起步阶段,但哈佛大学的科学家们宣布他们已经取得了重大的进展,他们通过制造声场将粘性的物质从打印机的喷嘴里拖出来,例如像液态金属、蜂蜜甚至活的细胞。
这要从重力开始说起。我们都知道重力是使液滴坠落的原因。而液滴落下的速度和频率取决于液体的粘度——浓稠度及对剪切和拉伸应力的抵抗。例如,水的粘性远小于玉米糖浆。玉米糖浆的粘度远小于蜂蜜。液体的粘度越大,在重力作用下产生液滴所需的时间就越长。像喷墨印刷这类打印技术,一般都是采用液滴法来将液体材料转移到像纸这样的媒介上。因此材料的粘度越大,就越不容易用于打印。
而哈佛大学的这种新技术则可以抵消粘度的影响,此时就是声波出场的时候了。
在哈佛大学从事材料科学和机械工程学的Daniele Foresti和他的同事们为了助重力一臂之力,开始研究声波对液体的压力。他们研制了一种“亚波长声波谐振器”来产生精密可控的声场,用来增大打印喷嘴处的相对重力。据报道,研究者们已经可以将打印喷嘴处重力加速度增大到一百倍(即达到100G),相当于太阳表面重力加速度的四倍还要多。同时,液滴的大小可以通过声波的波幅来控制,波幅越大,液滴越小。
Foresti解释道,我们的想法就是利用声场来把小液滴从喷嘴里拉出来,就好像从树上摘苹果一样。
科学家们用了许多不同的材料来测试这种新技术,包括蜂蜜、干细胞、生物大分子、光学树脂和液态金属。因为声波并不会穿过材料,所以不会对材料造成伤害,而这对于活细胞打印来说非常重要。
哈佛大学生物工程学教授Jennifer Lewis博士评价道,“我们的这项技术将会很快地影响制药产业。不过,我们认为它将会成为一个服务于多个产业的重要平台。”
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发表论文: Foresti D, Kroll K T, Amissah R, et al. Acoustophoretic printing[J]. Science Advances, 2018, 4(8): eaat1659.

本文译自 howstuffworks,由译者 八角 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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