3D プリントで救出: より大きな発見のための真空ポンプの縮小

マサチューセッツ工科大学アダ​​ム・ゼー著 2023 年 6 月 3 日

MITの研究者は、ポータブル質量分析計の重要なコンポーネントとなる可能性のある小型の蠕動真空ポンプを3Dプリントする方法を考案した。 クレジット: 研究者提供

この装置は、汚染物質の監視、遠隔地での医療診断、火星の土壌検査に役立つポータブル質量分析計の重要なコンポーネントとなる可能性がある。

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"}]">火星。

質量分析計は、飲料水の安全性の評価から患者の血液中の毒素の検出まで、多くの用途に使用できる非常に正確な化学分析装置です。 しかし、遠隔地に配備できる安価でポータブルな質量分析計を構築することは、低コストで動作させるために必要な真空ポンプの小型化が難しいこともあり、依然として課題が残っている。

MIT の研究者は積層造形を利用して、この問題の解決に向けて大きな一歩を踏み出しました。 彼らは、蠕動ポンプとして知られる一種の真空ポンプの小型バージョンを 3D プリントしました。そのサイズは人間の拳ほどの大きさです。

同社のポンプは、真空を作り出すために液体を必要とせず、大気圧で動作できる、いわゆるドライ粗引きポンプよりも一桁低い圧力の真空を生成および維持できます。 マルチマテリアル 3D プリンタでワンパスで印刷できる研究者のユニークなデザインは、ポンピングプロセス中の摩擦による熱を最小限に抑えながら、液体やガスの漏れを防ぎます。 これにより、デバイスの寿命が長くなります。

人間のこぶしほどの大きさしかないこのデバイスは、質量分析計がサンプル中の分子を効果的に測定できるようにするための鍵となる、乾燥真空の生成と維持において、他のタイプのポンプよりも優れた性能を発揮しました。 クレジット: 研究者提供

このポンプは、たとえば世界の孤立した地域の土壌汚染を監視するために使用されるポータブル質量分析計に組み込むことができます。 軽量ポンプを宇宙に打ち上げる方が安価であるため、この装置は火星向けの地質調査装置での使用にも理想的である可能性がある。

「私たちが話しているのは、非常に高性能でありながら、非常に安価なハードウェアについてです」と、MIT マイクロシステム技術研究所 (MTL) の主任科学者であり、新しいポンプについて説明した論文の主著者であるルイス フェルナンド ベラスケス ガルシア氏は述べています。 「質量分析計を使用すると、部屋にある体重 500 ポンドのゴリラが常にポンプの問題になります。 ここで示したものは画期的ですが、3D プリントだからこそ可能なことです。 これを標準的な方法で実行したかった場合は、それに近づくことはできなかったでしょう