Baru-baru ini, para peneliti di Universitas Harvard menemukan jenis baru teknologi pencetakan sonik: menggunakan gaya yang dihasilkan oleh gelombang suara untuk secara tepat mengontrol tetesan yang digunakan untuk pencetakan akan membuat pencetakan inkjet tidak lagi dibatasi oleh bahan, dan jangkauan bahan pencetakan yang berlaku belum pernah terjadi sebelumnya. secara luas.
Teknologi ini memiliki potensi aplikasi yang besar dalam industri pembuatan biofarmasi, kosmetik dan makanan baru, dan juga akan membawa kemungkinan baru untuk pengembangan bahan optik dan bahan konduktif.
Hasil penelitiannya dipublikasikan di jurnal internasional terkenal "Science Advances" pada 31 Agustus.
Penulis makalah yang sesuai, Jennifer Lewis, profesor bioteknologi di Sekolah Teknik dan Ilmu Terapan (SEAS) Universitas Harvard, mengatakan: "Teknologi pencetakan sonik yang kami temukan menggunakan kekuatan gelombang suara untuk mencetak materi apa pun sesuai permintaan." Profesor Lewis juga merupakan anggota fakultas inti dari Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Universitas Harvard.Gambar | Dalam pencetakan sonik, gelombang sonik menghasilkan gaya yang dapat dikontrol. Ketika tetesan pada nosel mencapai ukuran tertentu, ia dapat menarik tetesan menjauh dari nosel dan menembaknya ke arah dasar, seperti memetik apel dari pohon. Sumber: Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis / Universitas Harvard
Dari alam hingga industri, tetesan kecil memiliki banyak aplikasi, seperti pencetakan tinta dan mikrokapsul yang digunakan dalam sistem pengiriman obat.
Pencetakan inkjet adalah teknologi pencetakan yang sangat umum yang merekonstruksi gambar digital dengan mengeluarkan tetesan tinta ke atas kertas, plastik, atau media lainnya. Printer ini didasarkan pada teknologi ini.
Ciri khas dari teknologi ini adalah hanya dapat diterapkan pada cairan yang viskositasnya hanya sekitar 10 kali lebih tinggi dari air, namun pada kenyataannya, cairan yang diminati banyak peneliti memiliki viskositas yang jauh lebih tinggi dari ini. Misalnya, bio-tinta seperti polimer dan campuran sel, yang penting dalam biomedis dan bioprinting, memiliki viskositas setidaknya 100 kali lebih tinggi daripada air. Selain itu, beberapa biopolimer berbahan dasar gula bahkan sama kentalnya dengan madu, dengan viskositas setinggi 25.000 kali lipat air!
Di sisi lain, viskositas cairan ini juga akan berubah drastis seiring dengan perubahan suhu dan komposisi, sehingga menjadi lebih sulit untuk mengoptimalkan parameter pencetakan untuk mengontrol ukuran tetesan.Gambar | Madu adalah cairan kental yang khas, 25.000 kali lebih kental dari air. Pencetakan sonik cocok untuk pembentukan tetesan cairan apa pun, dan dapat menghasilkan satu tetes madu yang sangat kecil dari selongsong yang diisi dengan madu. Sumber: Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis / Universitas Harvard
Tujuan kami adalah mengembangkan sistem pencetakan yang tidak dibatasi oleh sifat-sifat bahan cair, terutama yang tidak terpengaruh oleh viskositas cairan, kata Daniele Foresti, penulis pertama makalah tersebut. Daniele Foresti adalah Branco Weiss Fellow (Society in Science-BrancoWeiss Fellow) dan asisten peneliti di Departemen Ilmu Material dan Teknik Mesin di Sekolah Teknik dan Sains Terapan Universitas Harvard dan Institut Bioteknologi Weiss.Gambar | Dalam pencetakan sonik, tetesan yang dikeluarkan dapat disimpan di atas media dalam pengaturan apa pun. Dalam gambar ini, sederet tetesan madu dicetak di atas lembaran kaca. Sumber: Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis / Universitas Harvard
Seperti yang kita ketahui, karena gravitasi, semua tetesan akan jatuh entah itu air yang menetes dengan cepat di sepanjang keran atau titisan yang hanya jatuh selama beberapa tahun. Namun, jika hanya gravitasi yang digunakan selama pencetakan, ukuran tetesan akan sangat besar, dan sulit untuk mengontrol laju tetesan tetesan. Dalam eksperimen tetesan bitumen yang terkenal, setetes bitumen menetes setiap sepuluh tahun. Berdasarkan hal ini, para ilmuwan memperkirakan bahwa viskositas bitumen sekitar 200 miliar kali lipat dari air.
Untuk meningkatkan kemampuan membentuk tetesan selama pencetakan, para peneliti mengalihkan perhatian mereka ke gelombang suara. Gelombang akustik adalah sejenis gelombang tekanan, dan para peneliti biasanya menggunakan gelombang tekanan ini untuk melawan efek gravitasi, seperti prinsip dalam levitasi akustik. Sekarang, para peneliti pada gilirannya menggunakan tekanan akustik ini untuk membantu gravitasi, sehingga menciptakan teknologi pencetakan baru ini: pencetakan akustik (pencetakan akustik).Gambar | Prinsip kerja instrumen levitasi akustik. Catatan: Levitasi akustik adalah efek nonlinier dalam kondisi intensitas suara tinggi Prinsip dasarnya adalah menggunakan interaksi antara gelombang kolom akustik dan benda untuk menghasilkan gaya levitasi vertikal untuk mengatasi berat benda, sekaligus membangkitkan gaya pemosisian horizontal. Perbaiki objek di node tekanan suara. Sumber: Ensiklopedia Baidu
Untuk tujuan ini, para peneliti membangun resonator akustik sub-panjang gelombang untuk menghasilkan medan suara yang sangat terlokalisasi. Gaya tarik yang dihasilkan oleh medan suara ini jauh lebih dari 100 kali gravitasi normal (1G) dari bagian atas nosel pencetakan, dan bahkan mencapai gaya gravitasi permukaan matahari. 4 kali lebih banyak!
Saat tetesan mencapai ukuran tertentu, tekanan suara yang dapat dikontrol ini dapat menarik tetesan dari nosel dan menembaknya ke arah media pencetakan. Dalam proses ini, semakin tinggi amplitudo gelombang suara, semakin kecil ukuran tetesannya, terlepas dari viskositas fluida tersebut.Gambar | Pencetakan sonik digunakan untuk mencetak logam cair. Sumber: Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis / Universitas Harvard
Para peneliti menggunakan ultrasound di udara.Teknik ini pada dasarnya tidak terpengaruh oleh material, sehingga logam cair pun dapat dicetak dengan mudah.
Foresti berkata: "Kunci dari teknologi ini adalah untuk menghasilkan medan suara intensitas tinggi yang dapat menarik tetesan kecil dari nosel, seperti memetik apel dari pohon."
Untuk memverifikasi kinerja teknologi, para peneliti menguji berbagai bahan, mulai dari madu dengan viskositas tinggi hingga bio-tinta sel induk dan biopolimer yang biasa digunakan dalam bioteknologi, serta resin optik dan bahkan logam cair. Perlu dicatat bahwa gelombang suara tidak merambat melalui tetesan, jadi bahkan untuk pembawa biologis yang rentan, seperti sel hidup atau makromolekul protein, metode ini aman dan efektif.
"Teknologi kami harus berdampak langsung pada industri farmasi," kata Lewis. "Namun, kami yakin ini juga akan menjadi platform penting bagi banyak industri lain."
"Ini adalah contoh halus dan berpengaruh dari luas dan dalamnya penelitian kolaboratif," kata Dan Finotello, direktur proyek dari National Science Foundation (NSF) Material Research Center for Science and Engineering (MRSEC). "Penulis telah mengembangkan a Keuntungan terbesar dari platform pencetakan akustik jenis baru dibandingkan dengan metode lain adalah tidak ada hubungannya dengan properti material, sehingga memiliki keserbagunaan pencetakan yang baik. Ruang aplikasinya tidak terbatas. "
Rekan penulis lain dari studi ini adalah Katharina Kroll, Robert Amissah, Francesco Sillani, Kimberly Homan, dan Dimos Poulikakos. Kantor Pengembangan Teknologi Universitas Harvard (Kantor Pengembangan Teknologi) untuk menyatakan hak kekayaan intelektual yang terkait dengan proyek, dan mengkomersialkan teknologi.
Penelitian ini didanai oleh Branco Weiss dari Scientific Society dan National Science Foundation melalui Pusat Penelitian Sains dan Teknik Material Universitas Harvard (MRSEC).
- Musk menghisap mariyuana secara langsung! Tesla jatuh 10% dalam perdagangan intraday, dan nilai pasarnya menguap lebih dari $ 4 miliar
- Untuk pertama kalinya dalam enam bulan! Manchester City tertinggal dalam pertandingan kandang Liga Inggris