De auteurs van een nieuw artikel gepubliceerd in Tijdschrift van de Royal Society Interface , "Plant-geïnspireerde pipetten", inspiratie zochten bij het levermos, een wijdverbreide plant, voor het maken van een bio-geïnspireerde pipet. We vroegen een van de auteurs, Hirofumi Wada, over de studie.

Wat inspireerde de studie?

Twee jaar geleden, toevallig, Ik heb Dr. Tetsuya Hisanaga leren kennen, die een ontwikkelingsbioloog is. Hij liet me een foto zien van een levermos (Marchantia polymorpha) die een grote druppel water pakt, die mijn aandacht trok als fysicus. Deze interactie inspireerde het idee van dit werk.

In die tijd, mijn leerling Keigo Nakamura was net begonnen met zijn master. Hij was op zoek naar een onderzoeksonderwerp over capillariteit. We zijn eerst met het project begonnen om te begrijpen hoe het levermos-orgaan het water kan pakken, maar we hebben het project al snel omgeleid naar het ontwerpen van bio-geïnspireerde technologie. Onze co-auteurs van biologen waren ervan overtuigd dat echte levermossen te complex zijn om met een fysieke benadering te bestuderen.

De eerste generatie plastic modellen bootst precies de vorm van het levermos na en toonde een gecompliceerde meniscus die moeilijk te analyseren was. We hebben de structuur van het model omgekeerd, en gericht op zijn fysieke basisgedrag. Nakamura speelde vervolgens met de 3D-geprinte modellen en ontdekte een aantal opmerkelijke eigenschappen, zoals snelheidsafhankelijke wateropvang en door kantelen geïnduceerd vallen. Op dat punt, we waren ervan overtuigd dat het een pipet zou kunnen zijn. Vervolgens hebben we uiteindelijk systematische experimenten ontworpen om in verschillende parameterruimten te zoeken, zoals beschreven in de krant.

Waarom wordt 3D-printen gebruikt voor het maken van de pipetten?

We wilden een precisie-experiment ontwerpen van fysieke modellen met gecontroleerde geometrische parameters voor een kwantitatief onderzoek. Computerondersteund 3D-printen was hiervoor de beste aanpak. Voorafgaand aan dit project, we hadden geen ervaring met een 3D-printer. Echter, onze afdeling heeft een productiecentrum met technici en verschillende 3D-printers die we kunnen gebruiken. De technici hebben in het begin geweldige ondersteuning geboden, enzovoort, Nakamura werd een expert in het fabriceren met de printers. Het gebruik van een 3D-printer om verschillende plastic modellen te maken om mee te spelen was geen uitdaging, maar liever, veel plezier.

Waarom zijn de resultaten van de paper belangrijk?

Ten eerste, het belangrijkste resultaat van ons onderzoek is voor iedereen gemakkelijk toegankelijk. Het is ook leuk en contra-intuïtief om te zien hoe zo'n eenvoudig apparaat zoveel water grijpt. onze studie, Voor de eerste keer, werpt licht op het biomechanische aspect van het levermos, dat is een landplant die aanwezig is in bijna elke beschikbare habitat op aarde.

Naast deze academische redenen, onze studie draagt ​​bij aan een nieuw perspectief op hoe om te gaan met een grote waterdruppel, die toekomstige toepassingen op verschillende technische gebieden kunnen vinden. Een mogelijkheid is medische techniek. We stellen ons voor dat de pipetten een goedkope optie kunnen zijn voor pipetteren in arme situaties (bijvoorbeeld kleine klinieken in ontwikkelingslanden). Meer realistisch, we stellen ons voor dat ze worden gebruikt tijdens het wetenschapsonderwijs op scholen.

Wij zijn een team van natuurkundigen en biologen, en hopen daarom dat deze resultaten relevant zullen zijn voor het onderzoek van natuurwetenschappers die werken met zachte materie en biofysica. Aanvullend, we hopen dat ingenieurs en productontwerpers geïnteresseerd zullen zijn in ons werk, en dat deze studie toegankelijk zal zijn voor studenten en leerkrachten.

"We stellen ons voor dat de pipetten een goedkope optie kunnen zijn voor pipetteren in situaties met weinig middelen."

Waarom heb je besloten om je in te dienen bij Interface?

We geloven Koppel is de beste plaats om dit werk te publiceren, aangezien het tijdschrift een uniek ontmoetingspunt van de natuurkunde biedt, biologie, en techniek, met zichtbaarheid en een hoge standaard. Algemeen, we zijn tevreden met onze ervaring, en zijn erg enthousiast dat we onze paper hebben gepubliceerd in Koppel . We hebben drie beoordelingsrapporten ontvangen die constructief en nuttig waren:ze hielpen ons de paper aanzienlijk te verbeteren. De revisiefase was een beetje krap, met slechts drie weken voor ons om onze herziening te voltooien. De deadline leek streng. Echter, het proces was snel, nauwkeurig, en redelijk, en er was geen enkele frustratie gedurende het hele redactieproces. We stellen de zorgvuldige en nauwkeurige behandeling en redactie van ons artikel door de redacteur en het uitgeversteam zeer op prijs.

Wat is de toekomst voor u/uw groep?

We willen dit werk uitbreiden door elasto-capillariteit, d.w.z. elastische vervormingen van een flexibel object door de oppervlaktespanning van een vloeistof. We zijn ook geïnteresseerd in het creëren van nieuwe bio-geïnspireerde systemen en het verkennen van de onderliggende fysica.