Исследователи из школы инженеров и прикладных наук Джона А Паулсена из Университета Гарвардского университета (SEAS) в Массачусетсе создали акустофоретический метод 3D-печати, который использует звуковые волны для образования капель широкого спектра вязких жидкостей в аддитивно производимых структурах.
Множество чернил
В струйной 3D-печати используются жидкие капли жидкости объемом микролитр-нанолитер для образования твердых веществ; однако этот процесс ограничен красками с низкой вязкостью, которые, по данным исследования, примерно в 10-100 раз превышают вязкость воды. Это исключает возможности трехмерной печати жизненно важных биополимеров и клеточных лаков, используемых в биофармацевтических препаратах и трехмерном биопреобразовании, а также биополимеры на основе сахара, такие как мед, который в 25 000 раз более вязкий, чем вода.
Кроме того, исследования показали, что вязкая жидкость резко изменяется с температурой и составом, что затрудняет оптимизацию параметров печати для контроля размера капель.
Для проведения экспериментов «бесчисленных материалов» исследовательская группа SEAS построила субволновый акустический резонатор, способный создавать высококонтурные акустические поля, которые могут создавать силы вытягивания, превышающие «100 раз больше обычных сил гравитации (1G) на кончике сопла принтера - четыре раза гравитационная сила на поверхности Солнца ».
Капель капель
Исследователи протестировали процесс акустофоретической 3D-печати на широком спектре материалов, включая медосодержащие чернила на основе стволовых клеток, насыщенный клетками коллагеновый раствор, ультрафиолетовый отверждаемый оптический клей и жидкие металлы. Управляемое усилие из пользовательского резонатора тянет каждую каплю с «акустофоретической печатающей головки» с заданным радиусом от 800 мкм до менее 65 мкм сопла и выталкивает его к цели печати.
Чем выше амплитуда звуковых волн, тем меньше размер капли, независимо от вязкости жидкости, исследователи обнаружили. Кроме того, поскольку звуковые волны не могут передаваться через капли, исследователи полагают, что этот метод безопасен для использования с чувствительными биологическими векторами таких как живые клетки или белки.
«Наши технологии должны иметь непосредственное влияние на фармацевтическую промышленность», - сказала Дженнифер Льюис, старший автор статьи, и профессор биотехнологической инженерии Hansjorg Wyss в SEAS. «Но мы считаем, что это станет важной платформой для нескольких отраслей».
