利用聲波來列印

圖片來自Youtube視頻截圖
通過聲波的壓力將液滴從噴嘴拉出
哈佛大學宣布其研究員開發出了一種用聲音來列印的方法。根據2018年8月31日的報道，這種被稱作「聲泳列印」的技術將能夠實現多種生物藥品、化妝品和食物的製造，而且也給光學和導電材料帶來新的可能。
過去得益於噴墨列印技術，使用墨水等液體進行列印在生活中已經隨處可見。但是，如果你要列印的是活的細胞或者其他生物材料呢？或者列印的是液體金屬呢？對於噴墨列印來說，如果液體變得濃稠，就很難把它從噴嘴裡拉出來。不過現在，雖然這種新技術還處在起步階段，但哈佛大學的科學家們宣布他們已經取得了重大的進展，他們通過製造聲場將粘性的物質從印表機的噴嘴裡拖出來，例如像液態金屬、蜂蜜甚至活的細胞。
這要從重力開始說起。我們都知道重力是使液滴墜落的原因。而液滴落下的速度和頻率取決於液體的粘度——濃稠度及對剪切和拉伸應力的抵抗。例如，水的粘性遠小於玉米糖漿。玉米糖漿的粘度遠小於蜂蜜。液體的粘度越大，在重力作用下產生液滴所需的時間就越長。像噴墨印刷這類列印技術，一般都是採用液滴法來將液體材料轉移到像紙這樣的媒介上。因此材料的粘度越大，就越不容易用於列印。
而哈佛大學的這種新技術則可以抵消粘度的影響，此時就是聲波出場的時候了。
在哈佛大學從事材料科學和機械工程學的Daniele Foresti和他的同事們為了助重力一臂之力，開始研究聲波對液體的壓力。他們研製了一種「亞波長聲波諧振器」來產生精密可控的聲場，用來增大列印噴嘴處的相對重力。據報道，研究者們已經可以將列印噴嘴處重力加速度增大到一百倍(即達到100G)，相當於太陽表面重力加速度的四倍還要多。同時，液滴的大小可以通過聲波的波幅來控制，波幅越大，液滴越小。
Foresti解釋道，我們的想法就是利用聲場來把小液滴從噴嘴裡拉出來，就好像從樹上摘蘋果一樣。
科學家們用了許多不同的材料來測試這種新技術，包括蜂蜜、幹細胞、生物大分子、光學樹脂和液態金屬。因為聲波並不會穿過材料，所以不會對材料造成傷害，而這對於活細胞列印來說非常重要。
哈佛大學生物工程學教授Jennifer Lewis博士評價道，「我們的這項技術將會很快地影響製藥產業。不過，我們認為它將會成為一個服務於多個產業的重要平台。」
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發表論文： Foresti D, Kroll K T, Amissah R, et al. Acoustophoretic printing[J]. Science Advances, 2018, 4(8): eaat1659.

本文譯自 howstuffworks，由譯者 八角 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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