Spektrometr mas 3D pozwoli na mniejsze koszty produkcji

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali spektrometr mas, stworzony tylko za pomocą komponentów pozyskanych z druku 3D. Pozwoli na znaczne zmniejszenie rozmiaru, wagi i kosztów tych urządzeń, otwierając nowe możliwości ich wykorzystania w różnych dziedzinach, od analizy środowiskowej po badania kosmiczne.

Spektrometr mas to urządzenie służące do identyfikacji substancji chemicznych, które znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak analiza miejsc zbrodni, testy toksykologiczne czy badania geologiczne. Tradycyjne spektrometry mas są jednak duże, drogie i łatwe do uszkodzenia, co ogranicza ich możliwości zastosowania. Dzięki wykorzystaniu technologii druku 3D, naukowcy z MIT stworzyli filtr masowy, będący kluczowym komponentem tego urządzenia, który jest znacznie lżejszy i tańszy niż tradycyjnie produkowane.

Zminiaturyzowany filtr, znany jako kwadrupol, został w całości wyprodukowany w ciągu kilku godzin za kilka dolarów. Urządzenie drukowane 3D jest równie precyzyjne jak niektóre komercyjne filtry masowe, które mogą kosztować ponad 100 tysięcy dolarów i wymagać tygodni na wyprodukowanie. Filtr wykonany jest z trwałej i odporniej na ciepło żywicy szklano-ceramicznej i jest drukowany w jednym kroku, co eliminuje potrzebę montażu, często wprowadzającego defekty mogące wpływać na wydajność kwadrupoli.

Luis Fernando Velásquez-García, główny badacz w MIT’s Microsystems Technology Laboratories (MTL), od 20 lat dąży do stworzenia przenośnego spektrometru mas wyprodukowanego przy użyciu druku 3D. „Nie jesteśmy pierwszymi, którzy próbowali to zrobić. Ale jesteśmy pierwszymi, którzy odnieśli sukces w tej dziedzinie,” mówi Velásquez-García.

Przenośny spektrometr mas mógłby być wykorzystywany w odległych obszarach lasów deszczowych do szybkiej analizy potencjalnych zanieczyszczeń bez konieczności wysyłania próbek do laboratorium. Lżejsze urządzenie byłoby również tańsze i łatwiejsze do wysłania w przestrzeń kosmiczną, gdzie mogłoby monitorować substancje chemiczne w atmosferze Ziemi lub na innych planetach.

Druk 3D pozwala na precyzyjne tworzenie części składowych, a jedną z kluczowych zalet tej technologii jest możliwość szybkiego wprowadzenia projektów. Dzięki drukarce 3D naukowcy zaprojektowali kwadrupol z hiperbolicznymi prętami, kształtem idealnym do filtrowania mas, ale trudnym do wykonania tradycyjnymi metodami. Wiele komercyjnych filtrów używa zaokrąglonych prętów, co może obniżać wydajność.

Testy drukowanych kwadrupoli wykazały, że mogą one osiągać wyższą rozdzielczość niż inne typy miniaturowych filtrów. Kwadrupole, o długości około 12 centymetrów, mają jedną czwartą gęstości porównywalnych filtrów ze stali nierdzewnej. W przyszłości naukowcy planują zwiększyć wydajność filtrów poprzez wydłużenie ich, co pozwoli na dokładniejsze pomiary.

Badanie to stanowi znaczący postęp w dziedzinie spektrometrii mas, oferując nowe możliwości w tworzeniu bardziej kompaktowych, tańszych i wydajniejszych urządzeń. Wizja stworzenia spektrometru mas, w którym wszystkie kluczowe komponenty mogą być wyprodukowane przy użyciu druku 3D, przyczynia się do tworzenia urządzeń o znacznie mniejszej wadze i kosztach, bez poświęcania wydajności. Ta innowacja ma potencjał do rewolucjonizowania sposobu, w jaki spektrometry masowe są wykorzystywane w badaniach naukowych i przemyśle.

Szymon Ślubowski