科学家们使用声力像以前一样打印

蜂蜜是粘性流体的原型示例，比水更粘的粘稠液体。散发性印刷能够形成任何材料的液滴，在微小的蜂蜜罐中产生最佳可能的单滴蜂蜜。

哈佛大学的研究人员开发了一种新的印刷方法，使用声音从液体产生液滴，具有前所未有的组成和粘度。该技术可以制造许多新的生物制药，化妆品和食物，并扩大光纤和导电材料的可能性。

“通过利用声学力量，我们创造了一种新技术，使无数材料能够以按需方式印刷，”詹尼弗·刘易斯说，Hansjorg Wyss在Harvard John A. Paulson School的生物学启发工程教授工程与应用科学与本文的高级作者。Lewis也是Wyss生物学启发工程研究所的核心学院成员，以及哈佛大学的艺术与科学教授。

该研究发表于科学推进。

液滴在许多应用中使用，从印刷墨水纸上以产生用于药物递送的微胶囊。喷墨印刷是用于图案液滴的最常用的技术，但它仅适用于比水更粘的液体大约10倍。研究人员感兴趣的许多液体更粘稠。例如，对生物制药和生物制品至关重要的生物聚合物和细胞载体溶液比水比水更加粘稠。一些基于糖基的生物聚合物可以像蜂蜜一样粘稠，比水比水更粘的25,000倍。

这些流体的粘度也随着温度和组成而显着变化，使得更难以优化印刷参数来控制液滴尺寸。

“我们的目标是通过开发独立于流体材料性质的印刷系统来粘得粘度，”纸张第一个作者，Branco Weiss研究员和材料科学研究助理和研究助理海洋和Wyss学院机械工程。

为此，研究人员转向声波。

由于重力，任何液体都可以滴水 - 从水龙头到世纪长的俯仰实验。单独的重力，液滴尺寸保持大，跌落速度难以控制。沥青，粘度约为2000亿倍的水，形成每十年的单一下降。

通过控制目标位置，可以在任何地方仔细沉积并图案化喷射的液滴。在该示例中，蜂蜜滴在玻璃基板上图案化。

为了增强堕落形成，研究团队依赖于产生声波。如在声学悬浮的情况下，这些压力波通常已经用于缩小重力。现在，研究人员正在使用它们来辅助重力，配合新技术的散发性印刷。

研究人员内置了一个亚波长声谐振器，可以产生高度限制的声场，导致打印机喷嘴尖端的垂直重力力（1g）的拉力超过100倍 - 这在表面上的重力超过了四倍以上太阳的。

当它到达特定尺寸并将其朝向打印目标喷射时，该可控力拉动喷嘴的每个液滴。声波的幅度越高，液滴尺寸越小，无论流体的粘度如何。

“这个想法是生成一个声学领域，实际上从喷嘴上分离微小的液滴，就像从树上采摘苹果一样，”Foresti说。

研究人员在蜂蜜到干细胞油墨，生物聚合物，光学树脂甚至液态金属上测试了各种材料的过程。重要的是，声波不会穿过液滴，使得即使具有敏感的生物货物，例如活细胞或蛋白质也可以使用这种方法。

“我们的技术应立即对制药业产生影响，”刘易斯说。“但是，我们认为这将成为多个行业的重要平台。”

“这是一个精致而有影响力的广度和协作研究的局限性，”国家科学基金会材料研究科学与工程中心（MRSEC）计划的主任Dan Finotello表示。“作者已经使用声学开发了一种新的印刷平台，这是与其他方法不同的，是物质独立的，因此提供了巨大的印刷多功能性。应用空间是无限的。“

这项研究由Katharina Kroll，Robert Amissah，Francesco Sillani，Kimberly Honan和Dimos Poulikakos共同撰写。哈佛技术发展办公室已经保护了与该项目有关的知识产权，并正在探索商业化机会。

该研究由科学社会通过Branco Weiss奖学金和国家科学基金会通过Harvard MRSEC资助。

出版物：Daniele Foresti，等，“散发印刷”，科学推进2018年8月31日：卷。 4，不。 8，eaat1659; DOI：10.1126 / sciadv.aat1659.