Onderzoekers van de John A Paulsen School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) van de Universiteit van Harvard in Massachusetts hebben een akoestisch 3D-druktechniek ontwikkeld die geluidsgolven gebruikt om druppels van een breed scala van viskeuze vloeistoffen te vormen tot additief gefabriceerde structuren.
Een groot aantal inkten
Inkjet 3D-printen maakt gebruik van vloeistofvloeistofdruppels met microliter-tot-nanolitervolume om vaste stoffen te vormen; dit proces is echter beperkt tot inkt met lage viscositeit die ongeveer 10 tot 100 keer hoger is dan de viscositeit van water, volgens de studie. Dit voorkomt de 3D-printmogelijkheden van vitale biopolymeren en cellen beladen inkten die worden gebruikt in biofarmaceutica en 3D bioprinting, evenals op suiker gebaseerde biopolymeren, zoals honing, die 25.000 keer viskeuzer is dan water.
Bovendien hebben studies aangetoond dat de visceuze vloeistof drastisch verandert met temperatuur en samenstelling, waardoor het moeilijker wordt om de afdrukparameters voor het regelen van de druppelgrootte te optimaliseren.
Om experimenten met "talloze materialen" mogelijk te maken, heeft het SEAS-onderzoeksteam een akoestische resonator met subwavelength gebouwd die in staat is om sterk afgesloten akoestische velden te genereren die trekkrachten kunnen creëren die "100 maal de normale gravitatiekrachten (1G) aan de punt van de printerstraalpijp overschrijden - vier keer de zwaartekracht op het oppervlak van de zon. "
Druppelen door druppelen
De onderzoekers testten het acousthoretische 3D-drukproces op een breed scala van materialen, waaronder honing tot stamcellen-inkten, een celbeladen collageenoplossing, een UV-uithardbare optische lijm en vloeibare metalen. De regelbare kracht van de aangepaste resonator trekt elke druppel van de "acousthoretische printkop" af met een gespecificeerde straal van 800 μm tot minder dan 65 μm mondstuk en werpt deze uit in de richting van het afdrukdoel.
Hoe hoger de amplitude van de geluidsgolven, hoe kleiner de druppelgrootte, ongeacht de viscositeit van de vloeistof, vonden de onderzoekers. Omdat geluidsgolven niet door druppels kunnen worden overgedragen, geloven de onderzoekers dat de methode veilig is voor gebruik met gevoelige biologische vectoren. zoals levende cellen of eiwitten.
"Onze technologie zou onmiddellijk impact moeten hebben op de farmaceutische industrie," zei Jennifer Lewis, Senior Author van de paper en de Professor van Biologically Inspired Engineering van Hansjorg Wyss bij SEAS. "Maar wij geloven dat dit een belangrijk platform zal worden voor meerdere industrieën."
