Pesquisadores imprimem em 3D uma bomba de vácuo em miniatura

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Os espectrômetros de massa são analisadores químicos extremamente precisos que têm muitas aplicações, desde a avaliação da segurança da água potável até a detecção de toxinas no sangue de um paciente. Mas construir um espectrômetro de massa portátil e barato que possa ser implantado em locais remotos continua sendo um desafio, em parte devido à dificuldade de miniaturizar a bomba de vácuo necessária para operar a baixo custo.

Os pesquisadores do MIT utilizaram a manufatura aditiva para dar um passo importante na solução desse problema. Eles imprimiram em 3D uma versão em miniatura de um tipo de bomba de vácuo, conhecida como bomba peristáltica, que tem aproximadamente o tamanho de um punho humano.

Sua bomba pode criar e manter um vácuo que tem uma pressão de ordem de magnitude menor do que a chamada bomba áspera e seca, que não requer líquido para criar vácuo e pode operar à pressão atmosférica. O design exclusivo dos pesquisadores, que pode ser impresso em uma única passagem em uma impressora 3D multimaterial, evita o vazamento de fluido ou gás, minimizando o calor do atrito durante o processo de bombeamento. Isso aumenta a vida útil do dispositivo.

Essa bomba poderia ser incorporada a um espectrômetro de massa portátil usado para monitorar a contaminação do solo em partes isoladas do mundo, por exemplo. O dispositivo também poderia ser ideal para uso em equipamentos de pesquisa geológica com destino a Marte, já que seria mais barato lançar a bomba leve ao espaço.

"Estamos falando de hardware muito barato que também é muito capaz", diz Luis Fernando Velásquez-García, cientista principal dos Laboratórios de Tecnologia de Microssistemas (MTL) do MIT e autor sênior de um artigo que descreve a nova bomba. "Com espectrômetros de massa, o gorila de 500 libras na sala sempre foi o problema das bombas. O que mostramos aqui é inovador, mas só é possível porque é impresso em 3D. Se quiséssemos fazer isso da maneira padrão , não estaríamos nem perto

Velásquez-García é acompanhado no artigo pelo principal autor Han-Joo Lee, um ex-pós-doutorado do MIT; e Jorge Cañada Pérez-Sala, aluno de pós-graduação em engenharia elétrica e ciência da computação. O papel aparece hoje em Additive Manufacturing.

Problemas na bomba

Quando uma amostra é bombeada através de um espectrômetro de massa, ela é despojada de elétrons para transformar seus átomos em íons. Um campo eletromagnético manipula esses íons no vácuo para que suas massas possam ser determinadas. Esta informação pode ser usada para identificar com precisão os constituintes da amostra. Manter o vácuo é fundamental porque, se os íons colidirem com moléculas de gás do ar, sua dinâmica mudará, reduzindo a especificidade do processo analítico e aumentando seus falsos positivos.

As bombas peristálticas são comumente usadas para movimentar líquidos ou gases que contaminariam os componentes da bomba, como produtos químicos reativos. Eles também são usados ​​para bombear fluidos que precisam ser mantidos limpos, como sangue. A substância que está sendo bombeada está totalmente contida dentro de um tubo flexível que é enrolado em torno de um conjunto de rolos. Os rolos apertam o tubo contra seu alojamento enquanto giram. As partes comprimidas do tubo se expandem na esteira dos rolos, criando um vácuo que puxa o líquido ou gás através do tubo.

Embora essas bombas criem vácuo, problemas de projeto limitaram seu uso em espectrômetros de massa. O material do tubo se redistribui quando a força é aplicada pelos rolos, levando a folgas que causam vazamentos. Esse problema pode ser superado operando a bomba rapidamente, forçando o fluido a passar mais rápido do que pode vazar. Mas isso causa um calor excessivo que danifica a bomba, e as folgas permanecem. Para vedar totalmente o tubo e criar o vácuo necessário para um espectrômetro de massa, o mecanismo deve exercer uma força adicional para espremer as áreas protuberantes, causando mais danos, explica Velásquez-García.