Fu nel 1726 che Sir Isaac Newton raccontò per la prima volta come una volta si sedette sotto un melo meditando sul perché il frutto cadde direttamente a terra. Il fisico disse che queste meditazioni sul lato del tronco erano ciò che in precedenza lo aveva portato a sostenere la teoria della gravità nel 1687. Alcuni addirittura esagerarono la storia per suggerire che l'idea lo colpì letteralmente sotto forma di una mela alla testa.
Tuttavia, non aspettiamo spesso che una mela cada da un ramo per catturarla. Invece lo prendiamo noi stessi: un compito facile quando l'oggetto è solido.
Quando si tratta di liquidi e si cerca di produrre goccioline, siamo ancora in balia della gravità. Devi solo amministrare le gocce oculari, usando una pipetta fornita con una fiala acquistata in negozio, una volta per sapere quanto sia difficile sfruttare i poteri di gravità a tuo favore e guidare goccioline precise in base al dosaggio sul tuo bulbo oculare aperto.
L'attuale macchinario utilizzato per iniettare liquidi nelle capsule di pillole è similmente limitato dalla forza di gravità, così come il meccanismo all'interno di una stampante che sputa inchiostro su un pezzo di carta o addirittura su ugelli che erogano gli ingredienti liquefatti per fare caramelle.
Tuttavia, se si può sfidare la forza che ci tiene tutti radicati, si apre un intero regno di possibilità, specialmente nel campo fiorente della produzione additiva, in cui la tecnologia viene utilizzata per costruire oggetti tridimensionali uno strato sottile alla volta. I ricercatori dell'Università di Harvard riportano oggi su Science Advances di aver sviluppato una nuova tecnica che utilizza onde sonore per controllare la stampa di goccioline su richiesta, indipendentemente dalla viscosità del liquido.
Controllando la posizione target, le goccioline espulse possono essere depositate e modellate con cura ovunque. In questo esempio, le gocce di miele sono modellate su un substrato di vetro. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Università di Harvard) Forse non diversamente dallo stesso Newton, l'autore principale dello studio Daniele Foresti, un fisico applicato ad Harvard, stava lavorando a ricerche non correlate nel suo laboratorio, usando la levitazione acustica per sospendere cose come granuli di caffè, acqua e persino stuzzicadenti in aria, quando l'idea di applicare quello che stava facendo per la stampa lo colpì. È stato in grado di mettere alla prova la sua visione quando è diventato un ricercatore post-dottorato nel laboratorio diretto da Jennifer Lewis, scienziato dei materiali di Harvard e coautore dello studio specializzato nella stampa 3D.
Le tipiche stampanti a getto d'inchiostro creano immagini utilizzando minuscole goccioline di inchiostro, ma il tipo di inchiostro utilizzato deve adattarsi a un punto dolce di viscosità - circa 10 volte più viscoso dell'acqua - per fluire abbastanza facilmente da formare goccioline rapidamente e gocciolare verso il basso con l'aiuto di gravità. Ma cosa succede se si desidera avere un maggiore controllo sui fluidi più spessi, i ricercatori si sono chiesti. A volte i biopolimeri a base di zucchero, appiccicosi come il miele - stiamo parlando 25.000 volte più viscosi dell'acqua - vengono utilizzati nella fabbricazione di biofarmaci.
Con questo obiettivo in mente, il team ha creato uno strumento chiamato espulsore voxel acusto-subwavelength subwavelength, che è un nome scientifico fantasioso per un piccolo dispositivo con una camera cilindrica in cui un campo acustico ultra-limitato crea una forza di trazione 100 volte più forte di gravità sulla punta di un piccolo ugello della stampante.
Usando il subWAVE, i ricercatori hanno creato un mucchio di gocce di metallo liquido. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Università di Harvard) Il liquido scende giù dall'ugello e quando raggiunge la punta, inizia a crescere una goccia. Puoi osservare ciò che accade quando accendi il rubinetto così leggermente e guardi crescere le gocce prima di precipitare verso il fondo del lavandino. Proprio quando la gocciolina raggiunge la dimensione desiderata, vengono amministrate onde sonore controllate che riempiono la camera con una tale intensità che la gocciolina viene strappata dalla punta dell'asta, proprio come "una mela da un albero", dice Lewis, e guidata in modo sicuro verso il materiale sotto dove deve essere stampato o iniettato.
"L'uso della radiazione acustica per forzare la caduta di un ugello è nuovo e molto interessante", afferma Bruce Drinkwater, un ingegnere ad ultrasuoni dell'Università di Bristol che non era coinvolto nella ricerca. “Ciò significa che quando la goccia emerge, può essere estratta in modo controllabile dall'ugello. È un po 'come un paio di mani invisibili che modellano e modellano la goccia mentre emerge. ”
Quando si fa affidamento sulla semplice gravità per spostare precise goccioline in posizioni esatte, la viscosità o il flusso del liquido complica il compito. Ma quando la gravità viene negata, la viscosità non ha molta importanza. Il team è stato in grado di utilizzare questa tecnologia per "stampare" gocce di una vasta gamma di liquidi, dal metallo liquido alla resina, utilizzati per realizzare minuscole lenti per fotocamere per fluidi cellulari.
La squadra ha punteggiato un Oreo con gocce di miele. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Università di Harvard) Mentre i ricercatori ritengono che la tecnologia possa essere utilizzata in una varietà di campi, è particolarmente interessante per l'industria farmaceutica e il campo in via di sviluppo dei prodotti biologici, che prevede la consegna di materiale cellulare sensibile e altamente concentrato ai pazienti per il trattamento delle malattie. Poiché il suono non permea facilmente i liquidi, il delicato materiale cellulare potrebbe essere trasferito in modo sicuro con questa nuova tecnica, afferma Lewis.
"Ciò che lo rende un lavoro molto significativo è che è più o meno indipendente dal liquido stampato, il che espande la gamma di materiali che possono essere stampati", afferma Drinkwater.
Hanno anche stampato goccioline di miele su un biscotto Oreo.
