Ngắm con thuyền nhỏ nhất thế giới, trôi nổi trên bề mặt sợi tóc

Con thuyền micro được chế tạo để phục vụ một nghiên cứu có tên là "Các vật thể bơi kích thước micro dạng keo in 3D sử dụng cơ chế đẩy xúc tác" công bố trên tạp chí Soft Matter.

Nghiên cứu này nhằm mục đích chứng minh một công nghệ in 3D mới có thể giúp con người chế tạo được các vật thể siêu nhỏ, bắt chước lại các thực thể bơi trong tự nhiên cũng có kích thước hiển vi như vi khuẩn hoặc tinh trùng.

Để có thể chế tạo ra một chiếc thuyền có kích thước micormet, các nhà khoa học phải sử dụng đến một công nghệ in 3D đặc biệt gọi là "two-photon polymerization -2PP" (trùng hợp polymer bằng hai photon).

Đây là một công nghệ điêu khắc vật chất cực kỳ tiên tiến và nghệ thuật, lợi dụng các phản ứng quang xúc tác của vật liệu nhạy quang polyme. Cầu tháo London với kích thước micromet cũng được in bằng phương pháp này.

Các nhà khoa học sẽ chọn ra một vật nhạy quang trong suốt, có thể cho ánh sáng truyền xuyên vào bên trong đó. Sau đó, họ chiếu một tia sáng đầu tiên vào bên trong lòng vật liệu, kích thích một nửa quá trình biến vật liệu này thành polymer.

Để nửa còn lại của quá trình polyme hóa diễn ra, tia sáng thứ hai được chiếu tiếp vào trong lòng vật liệu. Tại điểm giao nhau của hai tia sáng, phản ứng polymer hóa sẽ diễn ra hoàn toàn, biến vật liệu nhạy quang thành polymer. Toàn bộ quá trình này tạo ra một điểm lắng đọng giống như nhựa được nhả ra từ đầu kim của máy in 3D.

Nói một cách khác, 2PP sử dụng chính các đầu của chùm photon ánh sáng để thay thế cho đầu kim của máy in 3D. Chính vì vậy mà nó có thể in ra các vật thể cực kỳ nhỏ, xuống tới cỡ micromet với độ phân giải của mỗi điểm lắng đọng đạt tới 100 nm.

Công nghệ 2PP trước đây đã được các nhà khoa học sử dụng để tạo ra các vật thể siêu nhỏ, như mô hình tháp Tokyo Sky Tree, Cầu tháp London hay một tòa lâu đài trên đầu bút chì như bạn đã thấy phía trên. Nhưng một nhóm các nhà khoa học đến từ Đại học Leiden nghĩ rằng họ còn có thể dùng nó để chế tạo ra các vật thể động, những vật thể có thể ở kích thước micromet bắt chước cách vi khuẩn hoặc những con tinh trùng di chuyển.

Để có thể hiện thực hóa ý tưởng của mình, các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật 2PP để tạo ra một con thuyền Benchy. Giải thích lý do tại sao lại chọn mô hình thuyền này, đôi ngũ nghiên cứu cho biết Benchy là một con thuyền mà bất kể một người sở hữu máy in 3D nào cũng phải có.

Mặc dù động cơ này chưa được "lắp đặt" trên con thuyền Benchy, nhưng về mặt lý thuyết, các nhà khoa học đã có thể chứng minh rằng nó sẽ giúp thuyền của mình bơi được. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo ra các vật thể hình cầu và hình xoắn ốc, phủ platin lên chúng và thả vào nước pha 10% hydrogen peroxide, kết quả là chúng đã di chuyển theo những con đường rất đặc biệt:

Với con thuyền Benchy mà nhóm nghiên cứu đã chế tạo. Mặc dù chưa được trang bị động cơ đẩy nhưng với kích thước chỉ 30 micromet, bây giờ nó đã chính thức xác lập kỷ lục - trở thành con thuyền nhỏ nhất thế giới từng được chế tạo.

Hải Nam