Исследователи Школы инженеров и прикладных наук Джона Паулсена (SEAS) из Гарвардского университета разработали новый метод 3д печати, который использует звуковые волны для создания капель из жидкостей с беспрецедентным уровнем вязкости. По мнению ученых, этот способ позволяет печатать из миллионов веществ и может применяться для синтеза биофармацевтических препаратов и косметики, а также для оптических и проводящих материалов.

Обычно в 3D печати используются вещества, которые в 10 раз более вязкие, чем вода. Однако у многих жидкостей, представляющих интерес для исследователей, этот показатель значительно выше. Например, биополимерные чернила по меньшей мере в 100 раз более вязкие, чем вода (некоторые биополимеры на основе сахара могут быть такими же вязкими, как мед, который в 25 000 раз более вязкий, чем вода).


Вязкость этих жидкостей также резко изменяется с температурой и составом, что еще более затрудняет оптимизацию параметров печати для контроля размеров капель. Поэтому исследовательская группа SEAS разработала метод, который не зависит от свойств материала. Они построили систему с использованием акустических волн, чтобы помочь гравитации в формировании капель контролируемого размера.

В статье «Достижения науки» команда Гарварда во главе с профессором Дженнифер Льюис (Jennifer Lewis) описывает, как они спроектировали и построили субволновый акустический резонатор, способный генерировать ограниченные акустические поля, вызывающие тяговое усилие, более чем в 100 раз превышающее нормальные силы тяготения на кончике сопла принтера.


Исследователи протестировали этот процесс на широком спектре материалов, включая мед, чернила из стволовых клеток, биополимеры, оптические смолы и жидкие металлы. Управляемая сила вытягивает каждую каплю из сопла, когда та достигает определенного размера. Ученые обнаружили, что чем выше амплитуда звуковых волн, тем меньше размер капли, независимо от вязкости. Важно отметить, что звуковые волны не проходят через капли, что делает метод безопасным для использования даже с чувствительными биологическими грузами, такими как живые клетки или белки.

«Наши технологии должны оказать непосредственное влияние на фармацевтическую промышленность, — сказала Льюис. «Однако мы считаем, что они станут важной платформой для многих отраслей».