Gli autori di un nuovo articolo pubblicato su Journal of the Royal Society Interface , "Pipette ispirate alle piante", ha cercato ispirazione dall'erba del fegato, una pianta ampiamente diffusa, per la creazione di una pipetta bioispirata. Abbiamo chiesto a uno degli autori, Hirofumi Wada, sullo studio.

Cosa ha ispirato lo studio?

Due anni fa, per caso, Ho conosciuto il dottor Tetsuya Hisanaga, che è un biologo delle piante dello sviluppo. Mi ha mostrato una foto di un'erba del fegato (Marchantia polymorpha) che afferra una grossa goccia d'acqua, che ha attirato la mia attenzione come fisico. Questa interazione ha ispirato l'idea di questo lavoro.

A quel tempo, il mio studente Keigo Nakamura aveva appena iniziato il suo master. Cercava un soggetto di ricerca sulla capillarità. Abbiamo iniziato il progetto per capire come l'organo dell'erba epatica può afferrare l'acqua, ma presto abbiamo reindirizzato il progetto verso la progettazione di una tecnologia bioispirata. Siamo stati convinti dai nostri coautori biologhi che le vere epatiche sono troppo complesse per essere studiate con un approccio fisico.

La prima generazione di modelli in plastica imitava esattamente la forma dell'erba epatica e mostrava un menisco complicato che era difficile da analizzare. Abbiamo invertito la struttura del modello, e focalizzato sui suoi comportamenti fisici di base. Nakamura ha quindi giocato con i modelli stampati in 3D e ha scoperto diverse proprietà notevoli, come la cattura dell'acqua dipendente dalla velocità e la caduta indotta dall'inclinazione. A quel punto, eravamo convinti che potesse essere una pipetta. Alla fine abbiamo progettato esperimenti sistematici per cercare attraverso vari spazi di parametri, come descritto nel documento.

Perché viene utilizzata la stampa 3D per la creazione delle pipette?

Volevamo progettare un esperimento di precisione di modelli fisici con parametri geometrici controllati per uno studio quantitativo. La stampa 3D assistita da computer era l'approccio migliore per questo scopo. Prima di questo progetto, non avevamo esperienza con una stampante 3D. Però, il nostro reparto ha un centro di produzione con tecnici e diverse stampanti 3D a nostra disposizione. I tecnici hanno fornito un grande supporto all'inizio, e così via, Nakamura è diventato un esperto nella fabbricazione con le stampanti. L'utilizzo di una stampante 3D per creare vari modelli in plastica con cui giocare non è stato impegnativo, ma piuttosto, gran divertimento.

Perché i risultati della carta sono importanti?

in primo luogo, il risultato principale del nostro studio è facilmente accessibile a chiunque. È anche divertente e controintuitivo vedere un dispositivo così semplice catturare così tanta acqua. Il nostro studio, per la prima volta, mette in luce l'aspetto biomeccanico dell'epatica, che è una pianta terrestre presente in quasi tutti gli habitat disponibili sulla Terra.

Oltre a queste ragioni accademiche, il nostro studio fornisce una nuova prospettiva su come affrontare una grande goccia d'acqua, che potrebbero trovare applicazioni future in diverse aree dell'ingegneria. Una possibilità è l'ingegneria medica. Prevediamo che le pipette potrebbero essere un'opzione a basso costo per il pipettaggio in situazioni di scarse risorse (ad es. piccole cliniche nei paesi in via di sviluppo). Più realisticamente, prevediamo che vengano utilizzati durante l'insegnamento delle scienze nelle scuole.

Siamo un team di fisici e biologi, e quindi spero che questi risultati saranno rilevanti per la ricerca degli scienziati fisici che lavorano con la materia soffice e la biofisica. Inoltre, speriamo che ingegneri e designer di prodotto saranno interessati al nostro lavoro, e che questo studio sarà accessibile a studenti e insegnanti.

"Prevediamo che le pipette potrebbero essere un'opzione a basso costo per il pipettaggio in situazioni di scarse risorse".

Perché hai deciso di sottoporti a Interface?

Noi crediamo Interfaccia è il posto migliore per pubblicare questo lavoro, poiché la rivista fornisce un punto di incontro unico della fisica, biologia, e ingegneria, con visibilità e standard elevati. Globale, siamo soddisfatti della nostra esperienza, e siamo davvero entusiasti di aver pubblicato il nostro articolo in Interfaccia . Abbiamo ricevuto tre rapporti di revisione che sono stati costruttivi e utili:ci hanno aiutato a migliorare significativamente il documento. La fase di revisione è stata un po' stretta, con solo tre settimane per completare la nostra revisione. La scadenza sembrava stretta. Però, il processo è stato rapido, preciso, e ragionevole, e non c'è stata alcuna frustrazione durante l'intero processo editoriale. Apprezziamo molto l'attenta e precisa gestione e modifica della nostra carta da parte dell'editore e del team editoriale.

Qual è il prossimo passo per te/il tuo gruppo?

Vogliamo estendere questo lavoro includendo elasto-capillarità, cioè deformazioni elastiche di un oggetto flessibile dovute alla tensione superficiale di un liquido. Siamo anche interessati alla creazione di nuovi sistemi bioispirati e all'esplorazione della fisica sottostante.