За достижения, которые сначала вызывают смех, а затем – раздумья
 Экспериментальная установка, демонстрирующая хоботок самки комара |
Автомобиль Алкоголь Вера
Война Волосы Врачи
Геометрия Дети Женщины
Животные Запах Звук
Здоровье Кино Кладбище
Книга Космос Кофе Кошка
Лицо Мозг Мужчины
Музей Музыка Насекомые Общество Пенис
Предметы Продукты Психология
Птицы Разное Растения Секс Собака
Спорт Суд Техника Туалет
Финансы Цвет Экскременты /Реклама/ Шнобелевская премия 2026 по технологии3D-некропечать: использование биотических материалов в качестве сопла для 3D-печати Джастин Пума (Justin Puma), Чжэнь Ян (Zhen Yang), Эван Джонстон (Evan Johnston), Цзысинь Чжан (Zixin Zhang), Сяои Лан (Xiaoyi Lan), Линчжи Чжан (Lingzhi Zhang), Хунъю Хоу (Hongyu Hou), Цзысинь Хэ (Zixin He), Цзяньюй Ли (Jianyu Li), Чанхун Цао (Changhong Cao), Университет Макгилла, Канада, Али Афифи (Ali Afify), Меган Крейтон (Megan Creighton), Университет Дрекселя, США. "3D-некропечать: использование биотических материалов в качестве сопла для 3D-печати", Научные достижения "Science Advances" 11(47), 19 ноября 2025 Мы успешно разработали концепцию, изготовили и продемонстрировали использование биологических наконечников для дозирования в процессах DIW-печати, используя хоботок самки комара в качестве модельного сопла для нанесения покрытия. Путем систематической оценки биологических микронаконечников для дозирования мы определили хоботок самки комара как оптимального кандидата для производства биогибридов. Наши эксперименты и анализ показали, что хоботок самки комара обладает достаточной механической прочностью и сопротивлением разрушению для экструзии широко используемых чернил. Мы также установили технологическое окно для работы сопла из хоботка самки комара. Продемонстрированные возможности 3D-некропечати включают разрешение от 18 до 28 мкм, превосходящее разрешение ~50 мкм коммерчески доступных наконечников 34G и даже превосходящее специализированные наконечники 36G (разрешение ~35 мкм), которые являются дорогостоящими и неразлагаемыми. Кроме того, мы продемонстрировали возможность печати сложных структур, таких как сотовый каркас и кленовый лист, а также каркас, содержащий живые клетки, что подчеркивает универсальность этого биогибридного процесса прямой печати водой. Наконечник для дозирования, изготовленный из вытянутого стекла, оказался единственным конкурентом, способным превзойти возможности разрешения, предлагаемые наконечником для дозирования, изготовленным из хоботка самки комара, при этом напечатанные нити достигают ширины линий <1 мкм. Помимо обеспечения более высокого разрешения печати, наконечники для дозирования, изготовленные в основном из боросиликатного стекла, способны выдерживать большее внутреннее давление, с расчетным теоретическим давлением разрыва приблизительно 20 800 кПа. Хотя некоторые из их технических свойств, несомненно, превосходят другие, другие характеристики уступают характеристикам наконечника для дозирования, изготовленного из хоботка самки комара, а именно хрупкость, консистенция, биоразлагаемость и стоимость. Что касается хрупкости, то наконечники для дозаторов, изготовленные методом вытягивания стекла, из-за своей крайней ломкости и высокой чувствительности к вибрациям, накладывают на пользователей жесткие эксплуатационные ограничения, обусловленные этой хрупкостью. В отношении стабильности характеристик, хоботки для комаров демонстрируют минимальную изменчивость образцов по внутреннему диаметру (погрешность 11%) и толщине стенки (погрешность 16,5%), в то время как наконечники для дозаторов, изготовленные методом вытягивания стекла, требуют тщательной оптимизации многочисленных параметров процесса (температура нагрева, сила вытягивания, скорость вытягивания, задержка между начальным нагревом и началом вытягивания, условия окружающей среды и т. д.) и остаются уязвимыми к изменениям в предварительно вытянутом стеклянном материале (т. е., к различиям между материалами по внутреннему диаметру, толщине стенки и материалу стекла). Эта многофакторная процедура изготовления усложняет контроль качества, необходимый для обеспечения единообразия всех готовых наконечников для дозирования из вытянутого стекла, в первую очередь, в отношении внутреннего диаметра, в то время как хоботок самки комара практически не требует контроля качества благодаря минимальной структурной изменчивости и стабильному процессу изготовления, выполняемому естественными методами. Что касается биоразлагаемости и стоимости, наконечники для дозирования из хоботка самки комара выгодны в этих отношениях: разведение комаров обходится недорого (<0,02 доллара США за комара, см. дополнительные материалы); а стоимость сборки биологического микронаконечника для дозирования оценивается примерно в 0,8 доллара США за штуку, в то время как наконечники для дозирования из вытянутого стекла стоят около 26 долларов США за наконечник; хоботки комаров биоразлагаемы, в то время как наконечники для дозирования из вытянутого стекла не биоразлагаемы. Подробное сравнение обоих дозирующих наконечников приведено в дополнительных материалах. Биологические образцы, использованные в этой работе, были частично проверены, в частности, по виду и полу, в то время как некоторые другие переменные не контролировались. Мы считаем, что проведение исследования структуры и механических свойств биологических микродозирующих наконечников с учетом вариаций видов, пола, возрастных групп и других биологических переменных может стать потенциальным направлением для будущих исследований, создав более совершенную структуру с четкими рекомендациями для исследователей при выборе конкретных биологических образцов для применения в системах распыления деионизированной воды. Важным моментом при интеграции любого биологического материала в инженерную биогибридную систему является естественный срок службы биологического компонента. В отличие от традиционных синтетических деталей, биологические элементы подвержены деградации материала с течением времени. Эта временная природа может существенно повлиять на долгосрочную производительность системы; для решения этой проблемы были проведены испытания на срок службы 10 наконечников для распыления, изготовленных из хоботков самок комаров. Результаты показали минимальный срок службы 9 дней при хранении в условиях окружающей среды, с 30% вероятностью отказа после 14 дней. Было показано, что при хранении в оптимальных условиях (20C в морозильной камере) хоботки самок комаров сохраняют свою функциональность после целого года выдержки образцов. Учитывая ожидаемый срок службы биологических образцов, пользователи могут максимально использовать наконечник дозатора с хоботком самки комара, избегая при этом потенциальных сбоев в работе, вызванных истечением срока годности образца. Хоботки самок комаров устойчивы к разумным изменениям окружающей среды, поскольку они получены от природного организма, распространенного в различных климатических регионах. Многочисленные испытания печати в различных условиях окружающей среды (температура от 20 до 30C, относительная влажность от 30 до 70%) показали устойчивость биологического сопла в сохранении его структурной формы и механических характеристик. Предполагается, что экстремальные условия могут существенно повлиять на наконечник дозатора с хоботком самки комара, вызывая катастрофические сбои в работе; дальнейшие исследования, определяющие эти границы, могут дать представление об экстремальных условиях эксплуатации для отдельных применений. В этой работе подтверждена возможность использования выращенного в лаборатории, незараженного хоботка самки комара в качестве наконечника для дозирования при печати с высоким разрешением, демонстрируя его потенциал как недорогой, экологически устойчивой альтернативы традиционным металлическим и пластиковым наконечникам для дозирования. Помимо хоботка самки комара, можно исследовать и выращивать в лабораторных условиях другие биологические микронаконечники для дозирования, чтобы удовлетворить различные инженерные потребности в условиях отсутствия заболеваний, расширяя тем самым возможности биогибридного производства. Некоторые потенциальные кандидаты в качестве биологических микронаконечников в качестве альтернативы хоботку самки комара перечислены здесь: хоботки клопов-хищников, хоботки постельных клопов, хоботки мухи цеце, хоботки москитов и хоботки тлей (хоботки тлей имеют внутренний диаметр <1 мкм). Решая проблемы стоимости, изготовления и экологичности традиционных наконечников для дозирования, разработанных с учетом экологических требований, данная работа открывает возможности для интеграции биологических материалов в передовые производственные процессы. Джастин Пума, Чжэнь Ян, Эван Джонстон, Цзысинь Чжан, Сяои Лан, Линчжи Чжан, Хунъюй Хоу, Цзысинь Хэ, Али Афифи, Меган Крейтон, Цзяньюй Ли и Чанхун Цао первыми использовали хоботки комаров в качестве сопел для 3D-печати с высоким разрешением в процессе, называемом «некропечать», за что и заслужили Шнобелевскую премию 2026 по технологии. 06.09.2026
Источник - пресса |
| (c) 2010-2026 Шнобелевская премия | ig-nobel@mail.ru |