Pencetakan Akustik:Gelombang Suara Menghasilkan Tetesan Yang Tepat Dari Cairan Apa Pun

• Pencetakan akustik memanfaatkan gelombang suara untuk menghasilkan tetesan dari cairan apa pun.
• Teknik ini tidak terpengaruh oleh viskositas atau komposisi cairan.
• Ukuran tetesan berbanding terbalik dengan amplitudo gelombang suara:amplitudo yang lebih rendah menghasilkan tetesan yang lebih besar.
• Aplikasi mencakup biofarmasi, kosmetik, makanan, dan bahan-bahan canggih.

Evolusi percetakan rumahan dimulai pada tahun 1930-an. Saat ini, printer inkjet dan laser cair menawarkan keluaran warna yang cepat, hemat energi, dan berkualitas tinggi dengan biaya rendah.

Teknologi inkjet, metode pembentukan tetesan yang paling umum, terbatas pada cairan dengan viskositas setidaknya sepuluh kali lipat dari air. Transfer maju yang diinduksi laser dan pencetakan berbasis katup semakin membatasi keluaran berdasarkan ukuran nosel, jarak sumber-substrat, dan viskositas. Menyesuaikan parameter ini untuk setiap tinta menjadi tantangan ketika properti bervariasi seiring suhu dan waktu.

Banyak cairan penting untuk bioprinting—biopolimer, gel kaya gula—menunjukkan viskositas melebihi 100× air, bahkan ada yang setebal madu (≈25.000× air). Viskositas tinggi ini menghambat pencetakan konvensional.

Peneliti Harvard telah mengembangkan metode berbasis akustik yang mengatasi kendala ini. Dengan menghasilkan medan akustik yang sangat terbatas di ujung nosel, mereka dapat menghasilkan tetesan sesuai permintaan, apa pun sifat fluidanya.

Cara Kerjanya

Gravitasi saja tidak dapat mengatur ukuran tetesan. Meskipun air menetes dari keran dalam hitungan detik, pitch—200 miliar kali lebih kental daripada air—membentuk setetes air dalam sepuluh tahun. Tim Harvard menggunakan gelombang suara untuk mengarahkan pembentukan tetesan. Levitasi akustik telah lama menunjukkan kemampuan melawan gravitasi; di sini digunakan untuk membantunya, suatu proses yang disebut pencetakan acoustophoretic.

Kredit:Daniele Foresti/Jennifer A. Lewis/Harvard University

Resonator akustik sub‑panjang gelombang menghasilkan medan akustik 100× lebih kuat dari gravitasi (1g) di ujung nosel—empat kali tarikan gravitasi Matahari. Ketika tetesan mencapai ukuran kritisnya, gaya akustik mengeluarkannya dari nosel dan mendorongnya ke lokasi target. Yang penting, ukuran tetesan ditentukan oleh amplitudo gelombang, tidak bergantung pada viskositas cairan.

Referensi:Kemajuan Sains | doi:10.1126/sciadv.aat1659 | Universitas Harvard

Pengujian dan Penerapan

Kredit:Daniele Foresti/Jennifer A. Lewis/Harvard University

Metode ini divalidasi pada beragam bahan—biopolimer, madu, resin optik, tinta sel induk, dan logam cair. Karena gelombang suara tidak dapat menembus tetesan, teknik ini menjaga integritas biomolekul halus seperti protein dan sel hidup.

Baca:Para Ilmuwan Mencetak 3D Kornea Manusia Buatan Menggunakan ‘Bio‑ink’

Para peneliti mengantisipasi bahwa pencetakan akustik dapat merevolusi produksi kosmetik, biofarmasi, dan makanan, serta memperluas penggunaan bahan konduktif dan optik.