Напечатанный на 3D-принтере ультразвуковой преобразователь может помочь ученым и врачам

Большинство подобных устройств производит только волны, фокусирующие энергию в одной точке, тогда как этот ультразвуковой преобразователь превращает лазерные импульсы в вибрацию. Стеклянная поверхность покрывается тонкой пленкой углеродных нанотрубок, играющих роль линзы. Когда лазерный импульс достигает поверхности, покрытие быстро расширяется, производя вибрации, необходимые для создания высокочастотных звуковых волн. Ученые говорят, что преимущество акустики в том, что это неинвазивный метод. Им удалось лучше контролировать волну, которую можно даже использовать в качестве механического актуатора.

Хотя обычные преобразователи достаточно эффективны, их стеклянные линзы могут быть только плоскими, цилиндрическими или сферическими. В свою очередь, линза напечатанного на 3D-принтере преобразователя создается из прозрачной смолы и может быть любой формы – что позволяет получить самые разные волны. Такие волны можно сфокусировать в разных точках в разное время, так что устройство может разделять, передвигать и разрушать капли, частицы или биологические клетки.

Исследователи покрыли прозрачную смолу линзы слоями полимерных и углеродных нанотрубок при комнатной температуре – такие технологии как парофазное осаждение требуют высоких температур, которые могут расплавить смолу. Полученный в результате преобразователь, размер которого примерно 2 см², в испытаниях показал такие же результаты, как обычное устройство со стеклом – при этом создание новой разработки обошлось всего в 2 доллара.

Преобразователи были изготовлены с помощью трех разных 3D-принтеров, Formlabs Form 1+ с технологией стереолитографии, Stratasys Objet Eden260VS и Ultimaker 2, работающий по методу FDM. На первых двух устройствах ученые добились прозрачности линзы с помощью лазера с длиной волны 532 нм, а на принтере Ultimaker – за счет дополнительной обработки исходного материала.

По словам исследователей, сочетание чрезвычайно дешевого производства и возможности точного контроля ультразвука делает напечатанное на 3D-принтере устройство интересным для научного сообщества. Благодаря точности фокусировки в сотни микрон, преобразователь можно использовать для анализа материалов и хирургии, что поможет эффективнее бороться с опухолями. Исследователи считают, что разработка может оказаться особенно полезной для операций по удалению катаракты.