C'est en 1726 que Sir Isaac Newton a pour la première fois raconté comment il s'était assis sous un pommier et se demandait pourquoi le fruit était tombé à terre. Le physicien a déclaré que ces méditations sur le tronc étaient ce qui l'avait amené à poser la théorie de la gravité en 1687. Certains ont même exagéré l'histoire pour suggérer que l'idée le frappait littéralement sous la forme d'une pomme à la tête.
Cependant, nous n'attendons pas souvent qu'une pomme tombe d'une branche pour la saisir. Au lieu de cela, nous le cueillons nous-mêmes - une tâche facile lorsque l'objet est solide.
Lorsque nous traitons des liquides et essayons de produire des gouttelettes, nous sommes toujours à la merci de la gravité. Il vous suffit d'auto-administrer des gouttes pour les yeux à l'aide d'une pipette fournie avec un flacon acheté en magasin, une fois pour savoir combien il est difficile d'exploiter les pouvoirs de la pesanteur en votre faveur et de guider des gouttelettes précises en fonction de la posologie appliquée à votre patient. globe oculaire ouvert.
La machinerie actuelle utilisée pour injecter des liquides dans des pilules est pareillement limitée par la force de gravité, tout comme le mécanisme interne d'une imprimante qui crache de l'encre sur un morceau de papier ou même des buses qui distribuent les ingrédients liquéfiés pour fabriquer des bonbons.
Cependant, si l'on peut défier la force qui nous maintient tous ancrés, tout un éventail de possibilités s'ouvre, en particulier dans le domaine en plein essor de la fabrication additive, où la technologie est utilisée pour construire des objets en trois dimensions, une fine couche à la fois. Des chercheurs de l'Université Harvard ont annoncé aujourd'hui dans Science Advances qu'ils avaient développé une nouvelle technique utilisant des ondes sonores pour contrôler l'impression des gouttelettes à la demande, quelle que soit la viscosité du liquide.
En contrôlant la position de la cible, les gouttelettes éjectées peuvent être soigneusement déposées et modelées n'importe où. Dans cet exemple, les gouttes de miel sont modelées sur un substrat de verre. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Université Harvard) L’auteur principal de l’étude, Daniele Foresti, physicien appliqué à Harvard, travaillait sur des recherches non liées dans son laboratoire, utilisant la lévitation acoustique pour suspendre des choses comme des grains de café, de l’eau et même des cure-dents dans l’air, lorsque l’idée ce qu'il faisait pour imprimer l'a frappé. Il a pu mettre sa vision à l'épreuve lorsqu'il est devenu chercheur postdoctoral dans le laboratoire dirigé par Jennifer Lewis, scientifique des matériaux à Harvard et co-auteur de l'étude et spécialisé dans l'impression 3D.
Les imprimantes à jet d'encre classiques créent des images à l'aide de minuscules gouttelettes d'encre, mais le type d'encre utilisé doit correspondre à une zone suffisamment visqueuse - environ 10 fois plus visqueuse que l'eau - pour s'écouler assez facilement pour former rapidement des gouttelettes et les faire tomber avec l'aide de gravité. Mais si on voulait maîtriser davantage les fluides plus épais, se demandaient les chercheurs. Parfois, des biopolymères à base de sucre, aussi collants que du miel - nous parlons 25 000 fois plus visqueux que de l'eau - sont utilisés dans la fabrication de produits biopharmaceutiques.
Dans cet objectif, l’équipe a créé un outil appelé subWAVE, ou éjecteur acoustophorétique de sub-longueur d'onde voxel, qui est un nom scientifique sophistiqué pour un appareil minuscule doté d'une chambre cylindrique dans laquelle un champ acoustique extrêmement confiné crée une force de traction 100 fois supérieure à gravité au bout d’une petite buse d’imprimante.
En utilisant le subWAVE, les chercheurs ont créé une pile de gouttes en métal liquide. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Université Harvard) Le liquide descend dans la buse et, lorsqu'il atteint la pointe, une gouttelette commence à se développer. Vous pouvez observer ce qui se passe lorsque vous ouvrez légèrement votre robinet et observez les gouttes s'accumuler avant de plonger vers le fond de l'évier. Dès que la gouttelette atteint la taille souhaitée, des ondes sonores contrôlées sont administrées dans la chambre avec une intensité telle que la gouttelette est arrachée du bout de la tige - tout comme "une pomme d'un arbre", dit Lewis - et guidée en toute sécurité vers le matériau. ci-dessous où il doit être imprimé ou injecté.
«L'utilisation du rayonnement acoustique pour forcer les gouttes à sortir d'une buse est nouvelle et très cool», déclare Bruce Drinkwater, ingénieur en ultrasons à l'université de Bristol, qui n'a pas participé à la recherche. «Cela signifie que lorsque la goutte émerge, elle peut être extraite de la buse de manière contrôlable. C'est un peu comme une paire de mains invisibles qui façonnent et moulent la goutte au fur et à mesure de son apparition. "
Lorsque vous vous fiez à l'ancienne gravité pour déplacer des gouttelettes précises à des emplacements exacts, la viscosité ou l'écoulement du liquide complique la tâche. Mais lorsque la gravité est annulée, la viscosité importe moins. L’équipe a pu utiliser cette technologie pour «imprimer» des gouttes d’une large gamme de liquides, du métal liquide à la résine, utilisés pour fabriquer de minuscules objectifs d’appareil photo en fluide de cellules souches.
L'équipe a parsemé un oréo de gouttes de miel. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Université Harvard) Les chercheurs pensent que la technologie pourrait être utilisée dans divers domaines, mais elle est particulièrement intéressante pour l’industrie pharmaceutique et le secteur en développement des produits biologiques, qui consiste à fournir aux patients du matériel cellulaire sensible et hautement concentré pour traiter des maladies. Comme le son ne pénètre pas facilement dans les liquides, le nouveau matériau des cellules pourrait être transféré en toute sécurité grâce à cette nouvelle technique, explique M. Lewis.
«Ce qui en fait un travail très important, c'est qu'il est plus ou moins indépendant du liquide à imprimer, ce qui élargit la gamme de supports pouvant être imprimés», déclare Drinkwater.
Ils ont même imprimé des gouttelettes de miel sur un biscuit Oreo.
