Stampa 3D: il MIT rende accessibili gli emettitori elettrospray

Alcuni ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno realizzato ugelli elettronici a basso costo, chiamati triassiali, attraverso la stampa 3D. Tradizionalmente, la produzione di questi dispositivi richiede giorni di lavoro in una camera bianca per semiconduttori dal costo di diversi milioni di dollari. Ora il team del MIT auspica che il proprio design stampabile in 3D possa democratizzare il processo.

Per comprendere il valore degli emettitori elettrospray, occorre innanzitutto capire come funzionano. Un emettitore elettrospray è simile a un ugello spray microscopico, ma anziché ricorrere alla pressione fisica sfrutta l’elettricità. Applicando un’alta tensione al liquido mentre fuoriesce da una punta microscopica, la forza elettrica lo attira e lo frammenta in un flusso costante di minuscole gocce identiche. Questo consente di ottenere gocce più piccole, rapide e uniformi rispetto a un ugello tradizionale.

Il ruolo della stampa 3D nella produzione di emettitori triassiali

Il dispositivo progettato dal team del MIT è unico nel suo genere. La matrice elettrospray misura circa un centimetro quadrato e contiene una rete di canali interni che alimentano 16 ugelli uniformi. Il termine “triassiale” indica che ciascun ugello dispone di tre canali concentrici annidati l’uno dentro l’altro. Durante il funzionamento, il dispositivo emette simultaneamente tre liquidi non miscelabili, formando gocce a strati.

Il team ha fabbricato il dispositivo tramite fotopolimerizzazione in vasca con una Asiga Max X27, stampando strati di soli 25 micrometri di altezza. Questo ha permesso di creare microcanali in grado di mantenere uno spray uniforme conservando al contempo la compattezza del dispositivo. I canali sono stati progettati senza strutture di supporto, per evitare ostruzioni.

“Non potremmo realizzare un dispositivo del genere in una camera bianca per semiconduttori. È possibile solo perché viene stampato in 3D”, ha dichiarato Luis Fernando Velásquez-García, principal research scientist presso i Microsystems Technology Laboratories (MTL) del MIT e autore senior dello studio.

La rapidità della stampa 3D ha consentito ai ricercatori di testare molteplici design e ottimizzare le prestazioni. Hanno individuato che la viscosità del liquido intermedio svolge un ruolo chiave nel mantenere la stabilità delle gocce, poiché ne controlla lo spessore degli strati. Regolando le portate e le tensioni, è stato inoltre possibile personalizzare la struttura delle gocce.

Una delle principali applicazioni di questi dispositivi sarebbe la realizzazione di nanoparticelle a tre strati per la somministrazione di farmaci. I test hanno dimostrato che il dispositivo è in grado di generare gocce uniformi a tre strati su larga scala, un requisito essenziale per la produzione di microparticelle destinate a biosensori o cellule artificiali.

Guardando al futuro, i ricercatori puntano a perfezionare il processo per raggiungere dimensioni ancora più ridotte e integrare nuovi materiali per matrici di emettitori più avanzate. In definitiva, questo design rende possibile una produzione di emettitori elettrospray economica e scalabile.

Lo studio è consultabile su Virtual and Physical Prototyping QUI.

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*Créditos de todas las fotos: MIT