All about Photonics

Science/Research 詳細

ハーバードSEAS、音波を使って3Dプリント

Honey-Drop-in-Tiny-Honey-Jar-header

September, 11, 2018, Cambridge--ハーバード大学研究チームは、新しいプリンティング法を開発した。これは、音波を使って、前例のない範囲の成分と粘性の液体から小滴を生成する。この技術により究極的には、多くの新しい生物医薬品、化粧品、食品の製造が可能になり、光学材料および導体材料の可能性が広がる。
 「音響力を利用することで、オンデマンド微量でプリントされる多種多様な材料が可能になる新技術を実現した」とHarvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)、論文のシニアオーサ、Jennifer Lewisは説明している。
 研究成果は、Science Advancesに発表されている。
 液体小滴は、紙の上の印刷インクから薬剤輸送用のマイクロカプセル作製まで、多くのアプリケーションで利用されている。インクジェットプリンティングは、液体小滴を形成する最も一般的な技術であるが、水の約10倍の粘性の液体にしか適さない。例えば、バイオポリマーや細胞を運ぶ溶液は、生物医薬品やバイオプリンティングにとって重要であるが、これらの粘性は少なくとも水の100倍である。糖類ベースのバイオポリマーは、蜂蜜程度の粘性であり、これは水の25000倍の粘度である。
 これらの液体の粘性は、温度や成分によって著しく変わり、液滴サイズを制御するプリンティングパラメータを最適化するのが一段と難しくなる。
 「われわれの目標は、液体の材料特性から独立なプリンティングシステムを開発することで粘性を無関係にすることであった」と論文の筆頭著者、Daniele Forestiは説明している。
 そのために、研究チームは音響波を利用することにした。
 重力があるので、蛇口から非常に長いピッチの実験まで、どんな液体も滴る。重力だけでは、起きて記載図は大きく、落下速度を制御することは難しい。ピッチは、粘度が水の約2000億倍であり、10年につき一滴である。
 液滴生成改善の貯めに研修チームは、音響波生成に依存する。この圧力波は、音響浮揚の場合のように、一般に重力に抗するために使われてきた。ここでは、研究チームは、それらを使って、重力をアシストする、これを新技術、音響泳動プリンティングと名付けた。
 研究チームは、サブ波長音響共振器を作製した。これは、強い閉じ込めの音響波を作り、プリンタノズル先端で通常の重力の100倍を超える引張力となる。つまり、太陽表面の重力の4倍以上である。
 この制御可能な力により、液滴が特殊サイズに達し、プリンティングターゲットに放出されるとき、ノズルの液滴は相互に引き合う。音波の振幅が高ければたかいほど、液滴サイズはますます小さくなる。液体の粘性とは関係ない。
 「アイデアは、どんな液滴でも文字通りノズルから引き離す音響場を作り出すことである、木からリンゴをもぎ取るのと同じようなものだ」とForestiは説明している。
 研究チームは、蜂蜜から幹細胞インク、バイオポリマー、光学樹脂、液体金属まで幅広い材料で、そのプロセスをテストした。重要なことは、音波が液体を透過しないことである。生きた細胞やタンパク質など敏感な生体カーゴーでの使用も安全な方法となること。
 「われわれの技術は、製薬業界に直ちに影響を及ぼすとになる。しかし、これは複数の産業で重要なプラットフォームになると、われわれは信じている」とLewisは見ている。
(詳細は、https://www.seas.harvard.edu)