Bioinspiration-planteinspirerede pipetter

Forfatterne til en ny artikel offentliggjort i Journal of the Royal Society Interface , "Plante-inspirerede pipetter", søgte inspiration hos leverurten, en udbredt plante, til oprettelse af en bioinspireret pipette. Vi spurgte en af ​​forfatterne, Hirofumi Wada, om studiet.

Hvad inspirerede undersøgelsen?

To år siden, tilfældigt, Jeg lærte Dr. Tetsuya Hisanaga at kende, der er udviklingsplantebiolog. Han viste mig et foto af en liverwort (Marchantia polymorpha), der tog en stor dråbe vand, som fangede mit øje som fysiker. Denne interaktion inspirerede ideen til dette arbejde.

På det tidspunkt, min studerende Keigo Nakamura havde lige startet sin kandidatgrad. Han ledte efter et forskningsemne om kapillaritet. Vi startede først projektet for at forstå, hvordan leverurtorganet kan gribe vandet, men vi omdirigerede snart projektet mod at designe bioinspireret teknologi. Vi blev overbevist af vores biolog-medforfattere om, at ægte leverurter er for komplekse til at studere med en fysisk tilgang.

Den første generation af plastmodeller efterlignede nøjagtigt leverbladets form og viste en kompliceret menisk, der var vanskelig at analysere. Vi vendte opbygningen af ​​modellen, og fokuseret på dens grundlæggende fysiske adfærd. Nakamura legede derefter med de 3-D-printede modeller og opdagede flere bemærkelsesværdige egenskaber, såsom hastighedsafhængig vandopsamling og tilt-induceret fald. På det tidspunkt, vi var overbeviste om, at det kunne være en pipette. Vi designede derefter til sidst systematiske eksperimenter til at søge på tværs af forskellige parameterrum, som beskrevet i avisen.

Hvorfor bruges 3D-udskrivning til fremstilling af pipetterne?

Vi ønskede at designe et præcisionseksperiment af fysiske modeller med kontrollerede geometriske parametre til en kvantitativ undersøgelse. Computerstøttet 3D-printning var den bedste tilgang til dette formål. Inden dette projekt, vi havde ingen erfaring med en 3D-printer. Imidlertid, vores afdeling har et produktionscenter med teknikere og flere 3D-printere, som vi kan bruge. Teknikerne ydede stor støtte i begyndelsen, og så videre, Nakamura blev en ekspert i at fremstille sammen med printerne. At bruge en 3D-printer til at skabe forskellige plastmodeller at lege med var ikke udfordrende, men hellere, sjovt.

Hvorfor er resultaterne af papiret vigtige?

For det første, hovedresultatet af vores undersøgelse er let tilgængeligt for alle. Det er også sjovt og kontraintuitivt at se sådan en simpel enhed få fat i så meget vand. Vores studie, for første gang, kaster lys over det biomekaniske aspekt af leverurten, som er en jordplante til stede i næsten alle tilgængelige levesteder på Jorden.

Ud over disse faglige grunde, vores undersøgelse bidrager med et nyt perspektiv på, hvordan man håndterer en stor vanddråbe, som kan finde fremtidige anvendelser inden for forskellige ingeniørområder. En mulighed er medicinsk teknik. Vi forestiller os, at pipetterne kunne være en billig løsning til pipettering i ressourcefattige situationer (f.eks. Små klinikker i udviklingslande). Mere realistisk, vi forestiller os, at de skal bruges under naturvidenskabelig uddannelse i skolerne.

Vi er et team af fysikere og biologer, og håber derfor, at disse resultater vil være relevante for forskning udført af fysiske forskere, der arbejder med blødt stof og biofysik. Derudover vi håber, at ingeniører og produktdesignere vil være interesserede i vores arbejde, og at dette studie vil være tilgængeligt for studerende og skolelærere.

"Vi forestiller os, at pipetterne kunne være en billig mulighed for pipettering i ressourcesvage situationer."

Hvorfor besluttede du at sende til Interface?

Vi tror Interface er det bedste sted at udgive dette værk, da tidsskriftet giver et unikt mødested for fysik, biologi, og teknik, med synlighed og en høj standard. Samlet set, vi er tilfredse med vores oplevelse, og er virkelig begejstrede, at vi offentliggjorde vores papir i Interface . Vi modtog tre gennemgangsrapporter, som var konstruktive og nyttige:de hjalp os med at forbedre papiret betydeligt. Revisionsfasen var lidt stram, med kun tre uger til at fuldføre vores revision. Fristen virkede streng. Imidlertid, processen var hurtig, præcis, og rimeligt, og der var slet ingen frustration gennem hele den redaktionelle proces. Vi sætter stor pris på den omhyggelige og præcise håndtering og redigering af vores papir af redaktøren og forlagsteamet.

Hvad er det næste for dig/din gruppe?

Vi ønsker at udvide dette arbejde ved at inkludere elastokapillaritet, dvs. elastiske deformationer af en fleksibel genstand ved overfladespænding af en væske. Vi er også interesseret i at skabe nye bioinspirerede systemer og udforske den underliggende fysik.