Författarna till en ny artikel publicerad i Journal of the Royal Society Interface , "Växtinspirerade pipetter", sökte inspiration från levermossen, en utbredd växt, för att skapa en bioinspirerad pipett. Vi frågade en av författarna, Hirofumi Wada, om studien.

Vad inspirerade studien?

Två år sedan, av en slump, Jag lärde känna Dr Tetsuya Hisanaga, som är utvecklingsväxtbiolog. Han visade mig ett foto av en levermos (Marchantia polymorpha) som tog tag i en stor droppe vatten, som fångade mitt öga som fysiker. Denna interaktion inspirerade idén till detta arbete.

Vid den tiden, min student Keigo Nakamura hade precis börjat sin magisterexamen. Han letade efter ett forskningsämne om kapilläritet. Vi startade först projektet för att förstå hur levervirten kan ta tag i vattnet, men vi omdirigerade snart projektet mot design av bioinspirerad teknik. Vi var övertygade av våra biologförfattare om att verkliga levervarter är för komplexa för att studera med ett fysiskt tillvägagångssätt.

Den första generationens plastmodeller efterliknade exakt levermossens form och visade en komplicerad menisk som var svår att analysera. Vi vände modellens struktur, och fokuserade på dess grundläggande fysiska beteenden. Nakamura lekte sedan med 3D-tryckta modeller och upptäckte flera anmärkningsvärda egenskaper, såsom hastighetsberoende vattenupptagning och lutningsinducerat fall. Vid det tillfället, vi var övertygade om att det kunde vara en pipett. Vi designade sedan så småningom systematiska experiment för att söka över olika parameterutrymmen, som beskrivs i tidningen.

Varför används 3D-utskrift för att skapa pipetter?

Vi ville designa ett precisionsexperiment av fysiska modeller med kontrollerade geometriska parametrar för en kvantitativ studie. Datorstödd 3D-utskrift var den bästa metoden för detta ändamål. Innan detta projekt, vi hade ingen erfarenhet av en 3D-skrivare. Dock, vår avdelning har ett tillverkningscenter med tekniker och flera 3D-skrivare tillgängliga för oss att använda. Teknikerna gav bra stöd i början, och så vidare, Nakamura blev expert på att tillverka med skrivarna. Att använda en 3D-skrivare för att skapa olika plastmodeller att leka med var inte utmanande, men hellre, mycket roligt.

Varför är resultatet av tidningen viktiga?

För det första, huvudresultatet av vår studie är lättillgängligt för alla. Det är också roligt och kontraintuitivt att se en så enkel enhet fånga så mycket vatten. Vår studie, för första gången, kastar ljus över den biomekaniska aspekten av levermossen, som är en markväxt som finns i nästan alla tillgängliga livsmiljöer på jorden.

Utöver dessa akademiska skäl, vår studie bidrar med ett nytt perspektiv på hur man hanterar en stor vattendroppe, som kan hitta framtida tillämpningar inom olika teknikområden. En möjlighet är medicinsk teknik. Vi föreställer oss att pipetterna kan vara ett billigt alternativ för pipettering i resursfattiga situationer (t.ex. små kliniker i utvecklingsländer). Mer realistiskt, vi föreställer oss att de används under naturvetenskaplig utbildning i skolor.

Vi är ett team av fysiker och biologer, och hoppas därför att dessa resultat kommer att vara relevanta för forskningen från fysiska forskare som arbetar med mjuk materia och biofysik. Dessutom, vi hoppas att ingenjörer och produktdesigners kommer att vara intresserade av vårt arbete, och att denna studie kommer att vara tillgänglig för studenter och skollärare.

"Vi ser för oss att pipetterna kan vara ett billigt alternativ för pipettering i resursfattiga situationer."

Varför bestämde du dig för att skicka till Interface?

Vi tror Gränssnitt är det bästa stället att publicera detta verk, eftersom tidskriften utgör en unik mötesplats för fysiken, biologi, och teknik, med synlighet och hög standard. Övergripande, vi är nöjda med vår erfarenhet, och är verkligen glada över att vi publicerade vår tidning i Gränssnitt . Vi fick tre granskningsrapporter som var konstruktiva och användbara:de hjälpte oss att förbättra uppsatsen avsevärt. Revisionsfasen var lite stram, med bara tre veckor för oss att slutföra vår revision. Tidsfristen verkade strikt. Dock, processen gick snabbt, exakt, och rimligt, och det fanns ingen frustration alls under hela redaktionsprocessen. Vi uppskattar mycket den noggranna och exakta hanteringen och redigeringen av vår tidning av redaktören och förlagsteamet.

Vad är nästa för dig/din grupp?

Vi vill utöka detta arbete genom att inkludera elasto-kapillaritet, dvs elastiska deformationer av ett flexibelt föremål genom ytspänningen hos en vätska. Vi är också intresserade av att skapa nya bioinspirerade system och utforska den underliggande fysiken.