Επιστήμονες της Σχολής Μηχανικής και Εφαρμοσμένης Επιστήμης και του Ινστιτούτου Wyss του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ στις ΗΠΑ ανακάλυψαν έναν νέο τρόπο εκτύπωσης με την βοήθεια του ήχου. Η νέα τεχνολογία θα βοηθήσει τους εκτυπωτές να έχουν πιο ακριβή έλεγχο του σχήματος και του ιξώδες των σταγονιδίων μελάνης.
Ο ακουστικός εκτυπωτής δεν θα εκτυπώνει έγγραφα εργασίας ή ευχετήριες κάρτες. Αντ ‘αυτού, η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση βιοφαρμακευτικών και καλλυντικών, καθώς επίσης τροφίμων, οπτικών και αγώγιμων υλικών κ.ά.
“Με την αξιοποίηση των ακουστικών δυνάμεων, δημιουργήσαμε μια νέα τεχνολογία που επιτρέπει την εκτύπωση μυριάδων υλικών με τρόπο” drop-on-demand “, δήλωσε σε ανακοίνωσή της η Jennifer Lewis, καθηγητής βιοϊατρικής στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας. ” Η τεχνολογία μας θα έχει άμεση επίπτωση στη φαρμακευτική βιομηχανία, ενώ στην πορεία μπορεί να αποτελέσει μία σημαντική πλατφόρμα και για πολλές άλλες βιομηχανίες”, πρόσθεσε.
Στην ερευνητική ομάδα, που έκανε τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science Advances» συμμετείχε και ο ελληνικής καταγωγής καθηγητής Δήμος Πουλικάκος, διευθυντής του Εργαστηρίου Θερμοδυναμικής στις Αναδυόμενες Τεχνολογίες του Τμήματος Μηχανολόγων και Χημικών Μηχανικών της Ελβετικής Ομοσπονδιακής Πολυτεχνικής Σχολής (ΕΤΗ) της Ζυρίχης, ο οποίος είναι απόφοιτος του ΕΜΠ.
Μέχρι τώρα οι επιστήμονες είχαν χρησιμοποιήσει κύματα ήχου για να αψηφήσουν τη βαρύτητα και να ανυψώσουν σωματίδια δημιουργώντας κατάλληλες ηχητικές ελκτικές ακτίνες. Αυτήν τη φορά αξιοποίησαν τις ιδιότητες του ήχου για να κάνουν το ακριβώς αντίθετο, να ενισχύσουν τη βαρύτητα, και έτσι να βελτιώσουν την τεχνολογία εκτύπωσης. «Χειραγωγώντας τις ακουστικές δυνάμεις, δημιουργήσαμε μία νέα τεχνολογία που επιτρέπει την εκτύπωση μυριάδων υλικών σε μορφή σταγονιδίων.» δήλωσε η κ. Λιούις.
Η διαθέσιμη μέχρι σήμερα τεχνολογία εκτύπωσης μέσω ψεκασμού μελάνης (inkjet) επιτρέπει την παραγωγή σχετικά μεγάλου μεγέθους μικροκαψουλών, οι οποίες χρησιμοποιούνται ως όχημα για τη μεταφορά φαρμάκων στο σώμα. Όμως, μπορεί να χειρισθεί ρευστά με ιξώδες (πηκτότητα) μόνο έως δέκα φορές μεγαλύτερη του νερού.
Ο νέος εκτυπωτής είναι σε θέση να παράγει μικρότερες μικροκάψουλες και -το κυριότερο- από πολύ πιο παχύρρευστα και κολλώδη υλικά, όπως ορισμένα βιοπολυμερή, κυτταρικά διαλύματα κ.ά., που είναι 100 φορές πιο παχύρρευστα από ό,τι το νερό. Μερικά χρήσιμα βιοπολυμερή που περιέχουν σάκχαρα είναι τόσο κολλώδη όσο το μέλι, φθάνοντας να έχουν ιξώδες έως 25.000 φορές μεγαλύτερο του νερού. Έως τώρα αυτά τα υλικά δεν μπορούσαν να αξιοποιηθούν ως «μελάνη» για τρισδιάστατη εκτύπωση.
Τα ηχητικά κύματα επιταχύνουν τα σταγονίδια «μελάνης» ακόμη και πολύ παχύρρευστων υλικών, προσδίδοντάς τους πολύ μεγαλύτερη βαρύτητα από την κανονική, τουλάχιστον 100 φορές μεγαλύτερη από ό,τι το βαρυτικό πεδίο της Γης στο επίπεδο της θάλασσας. “Η νέα τεχνική δημιουργεί ένα ακουστικό πεδίο, που κυριολεκτικά αποσπά τα μικροσκοπικά σταγονίδια από το ακροφύσιο, περίπου όπως τα μήλα πέφτουν από ένα δέντρο” δήλωσε ο ερευνητής Ντανιέλε Φορέστι.
Τα υγρά στάζουν, αλλά μόνο με τη δύναμη της βαρύτητας το μέγεθος που έχουν οι σταγόνες, είτε βγαίνουν από μία βρύση, είτε από ένα ακροφύσιο του εκτυπωτή, είναι μεγάλο και ο ρυθμός με τον οποίο βγαίνουν οι σταγόνες είναι δύσκολο να ελεγχθεί με ακρίβεια. Χάρη, όμως, στα ηχητικά κύματα και στη νέα τεχνολογία με την ονομασία «acoustophoretic printing», μόλις μία σταγόνα «μελάνης» φθάσει στο ακροφύσιο του εκτυπωτή και έχει το επιθυμητό μέγεθος, εκτοξεύεται ταχύτατα και με ελεγχόμενο τρόπο.
Όσο πιο ισχυρό είναι το ακουστικό πεδίο του εκτυπωτή, τόσο μικρότερη είναι η σταγόνα που μπορεί να εκτυπωθεί, άσχετα, μάλιστα, με το ιξώδες του χρησιμοποιούμενου ως «μελάνης» υλικού. Τέλος, επειδή τα ηχητικά κύματα δεν διαπερνούν τις σταγόνες, η μέθοδος είναι ασφαλής με βιολογικά ευαίσθητα υλικά, όπως ζωντανά κύτταρα και πρωτεΐνες.