La stampa 3D in soccorso: pompe per vuoto termoretraibili per scoperte più grandi

Di Adam Zewe, Massachusetts Institute of Technology, 3 giugno 2023

I ricercatori del MIT hanno ideato un modo per stampare in 3D una pompa a vuoto peristaltica miniaturizzata, che potrebbe essere un componente chiave di uno spettrometro di massa portatile. Credito: per gentile concessione dei ricercatori

Il dispositivo sarebbe un componente chiave di uno spettrometro di massa portatile che potrebbe aiutare a monitorare gli inquinanti, eseguire diagnosi mediche in aree remote o testare il suolo marziano.

MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">MIT researchers have used additive manufacturing to create a small, inexpensive vacuum pump that could lead to the development of portable mass spectrometers. The 3D printed mini peristaltic pump, designed with a hyperelastic material tube featuring notches, overcomes traditional design issues, reduces heat, and increases the device’s lifespan. This could enable monitoring of pollutants or medical diagnoses in remote areas, and soil testing on MarsMars is the second smallest planet in our solar system and the fourth planet from the sun. It is a dusty, cold, desert world with a very thin atmosphere. Iron oxide is prevalent in Mars' surface resulting in its reddish color and its nickname "The Red Planet." Mars' name comes from the Roman god of war." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Marte.

Gli spettrometri di massa sono analizzatori chimici estremamente precisi che hanno molte applicazioni, dalla valutazione della sicurezza dell'acqua potabile alla rilevazione delle tossine nel sangue di un paziente. Ma costruire uno spettrometro di massa portatile ed economico che possa essere utilizzato in località remote rimane una sfida, in parte a causa della difficoltà di miniaturizzare la pompa a vuoto necessaria per funzionare a basso costo.

I ricercatori del MIT hanno utilizzato la produzione additiva per compiere un passo importante verso la risoluzione di questo problema. Hanno stampato in 3D una versione in miniatura di un tipo di pompa a vuoto, nota come pompa peristaltica, che ha le dimensioni di un pugno umano.

La loro pompa può creare e mantenere un vuoto con una pressione di un ordine di grandezza inferiore rispetto a una cosiddetta pompa a secco e grossolana, che non richiede liquidi per creare il vuoto e può funzionare a pressione atmosferica. Il design unico dei ricercatori, che può essere stampato in un unico passaggio su una stampante 3D multimateriale, impedisce la fuoriuscita di fluidi o gas riducendo al minimo il calore derivante dall’attrito durante il processo di pompaggio. Ciò aumenta la durata del dispositivo.

Questo dispositivo, che ha le dimensioni di un pugno umano, ha funzionato meglio di altri tipi di pompe nel creare e mantenere il vuoto secco, che è fondamentale per consentire a uno spettrometro di massa di determinare efficacemente le molecole in un campione. Credito: per gentile concessione dei ricercatori

Questa pompa potrebbe essere incorporata in uno spettrometro di massa portatile utilizzato, ad esempio, per monitorare la contaminazione del suolo in parti isolate del mondo. Il dispositivo potrebbe anche essere ideale per l’uso in apparecchiature di rilevamento geologico destinate a Marte, poiché sarebbe più economico lanciare la pompa leggera nello spazio.

"Stiamo parlando di un hardware molto economico che è anche molto potente", afferma Luis Fernando Velásquez-García, uno dei principali scienziati dei Microsystems Technology Laboratories (MTL) del MIT e autore senior di un articolo che descrive la nuova pompa. “Con gli spettrometri di massa, il gorilla da 500 libbre nella stanza è sempre stato il problema delle pompe. Ciò che abbiamo mostrato qui è innovativo, ma è possibile solo perché è stampato in 3D. Se avessimo voluto farlo nel modo standard, non saremmo stati neanche lontanamente vicini