جسر فوق المياه المزدوجة: مختبر ثلاثي الأبعاد للطبقة السائلة للعلماء


طور الباحثون في مختبر لورنس بيركيلي الوطني التابع لوزارة الطاقة (3D) جهازًا سائلًا ثلاثي الأبعاد ، بنقرة زر واحدة ، يمكن إعادة تكوينها مرارًا وتكرارًا عند الطلب لخدمة مجموعة واسعة من التطبيقات - من صنع مواد البطارية إلى الفحص المرشحين المخدرات.

وقال بريت هيلمز ، العالم في قسم علوم المواد في مختبر بيركلي ومؤسس الجزيئات ، الذين قادوا الدراسة: "ما أثبتناه رائع. جهازنا ثلاثي الأبعاد يمكن برمجته لتنفيذ تفاعلات كيميائية معقدة متعددة المراحل عند الطلب". "الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أنه يمكن إعادة تكوين هذه المنصة متعددة الاستخدامات بحيث تجمع بين الجزيئات بكفاءة وبدقة لتشكيل منتجات محددة للغاية ، مثل مواد البطاريات العضوية."

نتائج الدراسة ، التي تم نشرها في مجلة Nature Communications ، هي الأحدث في سلسلة من التجارب في Berkeley Lab التي تصنع المواد السائلة بالكامل باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد.

في العام الماضي ، قامت دراسة شارك في تأليفها هيلمز وتوماس راسل ، الباحث الزائر من جامعة ماساتشوستس في أمهرست ، الذي يقود برنامج الجمعيات التكيفية البينية نحو السوائل المهيكلة في قسم علوم المواد في مختبر بيركلي ، بتقنية جديدة لطباعة الهياكل السائلة المختلفة. - من قطرات إلى خيوط دوامة من السائل - داخل سائل آخر.

وقال هيلمز: "بعد هذه التظاهرة الناجحة ، اجتمعت حفنة منا لطرح الأفكار حول كيفية استخدامنا للطباعة السائلة لتصنيع جهاز فعال". "ثم حدث لنا: إذا استطعنا طباعة السوائل في قنوات محددة ومحتويات التدفق من خلالها دون تدميرها ، فيمكننا حينئذٍ إنتاج أجهزة فلوية مفيدة لمجموعة واسعة من التطبيقات ، من أنواع جديدة من المختبرات الكيميائية المصغرة إلى البطاريات والإلكترونية الأجهزة."

لصنع جهاز فلويدي قابل للطباعة ثلاثي الأبعاد ، صمم المؤلف الرئيسي ون تشيان فنغ ، باحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في قسم علوم المواد في بيركلي لاب ، ركيزة من الزجاج ذي الزخارف الخاصة. عند طباعة سائلين - أحدهما يحتوي على جزيئات طينية النانوية ، والآخر يحتوي على جزيئات بوليمر - على الطبقة السفلية ، يجتمعان معًا عند واجهة السائلين وفي غضون أجزاء من الثانية تشكل قناة أو أنبوبًا رقيقًا يبلغ قطره حوالي ملليمتر واحد.

بمجرد تكوين القنوات ، يمكن وضع المحفزات في قنوات مختلفة من الجهاز. يمكن للمستخدم بعد ذلك طباعة الجسور ثلاثية الأبعاد بين القنوات ، وربطها بحيث تصادف مادة كيميائية تتدفق عبرها المحفزات بترتيب معين ، فتنفذ سلسلة من التفاعلات الكيميائية لصنع مركبات كيميائية محددة. وقال راسل ، عندما يتم التحكم فيه عن طريق الكمبيوتر ، يمكن أتمتة هذه العملية المعقدة "لتنفيذ المهام المرتبطة بوضع المحفز ، وبناء جسور سائلة داخل الجهاز ، وتشغيل تسلسل التفاعل اللازم لصنع الجزيئات".

يمكن أيضًا برمجة جهاز تعدد المهام ليعمل كجهاز دوري صناعي يفصل الجزيئات المتدفقة عبر القناة ويزيل تلقائيًا المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها بينما يواصل طباعة سلسلة من الجسور إلى محفزات محددة ، وتنفيذ خطوات التوليف الكيميائي.

"شكل ووظائف هذه الأجهزة محدودة فقط من خيال الباحث" ، وأوضح هيلمز. "يعد التوليف المستقل مجالًا جديدًا للاهتمام في مجتمعات الكيمياء والمواد ، ويمكن أن تساعد تقنيتنا الخاصة بأجهزة الطباعة ثلاثية الأبعاد لكيمياء التدفق السائل بالكامل على لعب دور مهم في إنشاء الحقل."

وأضاف راسل: "مزيج من علوم المواد والكيمياء الخبرة في مختبر بيركلي ، جنبا إلى جنب مع مرافق المستخدم ذات المستوى العالمي المتاحة للباحثين من جميع أنحاء العالم ، والموهبة الشابة التي يتم جذبها إلى مختبر فريدة من نوعها. لم يكن لدينا طور هذا البرنامج في أي مكان آخر. "

يخطط الباحثون لاحقًا لكهربة جدران الجهاز باستخدام الجسيمات النانوية الموصلة لتوسيع أنواع التفاعلات التي يمكن استكشافها. وقال هيلمز: "من خلال الأسلوب الذي نتبعه ، نعتقد أنه يجب أيضًا إنشاء دوائر سائلة وخلايا وقود وحتى بطاريات". "لقد كان من المثير حقًا لفريقنا أن يجمع بين السوائل وكيمياء التدفق بطريقة سهلة الاستخدام وقابلة للبرمجة للمستخدم."

شارك المقالة عبر:

اترك تعليقا:

اعلانك هنا

الاكتر شيوعا

إجمالي مرات مشاهدة الصفحة

Wikipedia

نتائج البحث

نموذج الاتصال

الاسم

بريد إلكتروني *

رسالة *

نموذج الاتصال

الاسم

بريد إلكتروني *

رسالة *