Фермеры сэкономят почти миллиард долларов в год благодаря 3D-печатным датчикам для коров
Благодаря 3D-печати появилась возможность производить недорогие и высокоэффективные датчики для обнаружения дефицита кальция у молочных коров, чего раньше не удавалось достичь. Внедрение инновации позволит фермерам избежать финансовых потерь.
Благодаря 3D-печати появилась возможность производить недорогие и высокоэффективные датчики для обнаружения дефицита кальция у молочных коров, чего раньше не удавалось достичь. Внедрение инновации позволит фермерам избежать финансовых потерь.
Проблема
Субклиническая гипокальциемия (СГ) у коров возникает, когда уровень кальция в организме животного падает ниже определенного уровня. Состояние не имеет выраженных симптомов, и его трудно диагностировать. Заболевание может серьезно ослабить иммунную систему коровы.
В США ежегодные потери из-за гипокальциемии оцениваются примерно в 8 тыс. долларов на 100 коров.
До сих пор обнаружение СГ представляло собой сложную задачу. Коммерчески доступные анализаторы не только дороги (их стоимость достигает нескольких тысяч долларов), но и обладают ограниченной точностью и чувствительностью при измерении ионов кальция.
Проблема
Субклиническая гипокальциемия (СГ) у коров возникает, когда уровень кальция в организме животного падает ниже определенного уровня. Состояние не имеет выраженных симптомов, и его трудно диагностировать. Заболевание может серьезно ослабить иммунную систему коровы.
В США ежегодные потери из-за гипокальциемии оцениваются примерно в 8 тыс. долларов на 100 коров.
До сих пор обнаружение СГ представляло собой сложную задачу. Коммерчески доступные анализаторы не только дороги (их стоимость достигает нескольких тысяч долларов), но и обладают ограниченной точностью и чувствительностью при измерении ионов кальция.
Напечатанный на 3D-принтере датчик. www.nature.com
Устройство, частью которого является датчик. www.nature.com
Напечатанный на 3D-принтере датчик. www.nature.com
Устройство, частью которого является датчик. www.nature.com
Новое решение
Доступный и эффективный сенсор для обнаружения СГ разработали исследователи из Вирджинского политехнического института (Virginia Tech). Датчик был напечатан на 3D-принтере Form 3 SLA из фотополимерной смолы. В одной партии было получено 20 шт. в течение двух часов.
В процессе печати образовались складки, увеличивающие площадь чувствительной поверхности устройства до атомарной точности — 600 молекул на куб. см. Результаты измерений поступают в течение 10 секунд.
Новое решение
Доступный и эффективный сенсор для обнаружения СГ разработали исследователи из Вирджинского политехнического института (Virginia Tech). Датчик был напечатан на 3D-принтере Form 3 SLA из фотополимерной смолы. В одной партии было получено 20 шт. в течение двух часов.
В процессе печати образовались складки, увеличивающие площадь чувствительной поверхности устройства до атомарной точности — 600 молекул на куб. см. Результаты измерений поступают в течение 10 секунд.
Интеграция напечатанного на 3D-принтере датчика с доильным аппаратом для непрерывного измерения содержания Ca²⁺ и P в образцах молока непосредственно у коровы. www.nature.com
Интеграция напечатанного на 3D-принтере датчика с доильным аппаратом для непрерывного измерения содержания Ca²⁺ и P в образцах молока непосредственно у коровы. www.nature.com
Преимущества 3D-печатного датчика
-
Напечатанные детали имеют сложную объемную форму, поэтому у них очень большая рабочая поверхность. Это позволяет датчику работать точнее и улавливать даже очень маленькое количество вещества.
-
Датчик разработан для использования сотрудниками ферм без надзора, в то время как существующие методы в основном основаны на лабораторных исследованиях и требуют от пользователей специальных знаний.
-
Ограниченное время, доступное для диагностики, требует оперативного и регулярного анализа молока у коров в переходный период. Это непрактично при использовании традиционных методов.
-
Конструкция датчика требует лишь небольшого объема образца для анализа. Для измерения достаточно всего лишь капли крови.
Преимущества 3D-печатного датчика
-
Напечатанные детали имеют сложную объемную форму, поэтому у них очень большая рабочая поверхность. Это позволяет датчику работать точнее и улавливать даже очень маленькое количество вещества.
-
Датчик разработан для использования сотрудниками ферм без надзора, в то время как существующие методы в основном основаны на лабораторных исследованиях и требуют от пользователей специальных знаний.
-
Ограниченное время, доступное для диагностики, требует оперативного и регулярного анализа молока у коров в переходный период. Это непрактично при использовании традиционных методов.
-
Конструкция датчика требует лишь небольшого объема образца для анализа. Для измерения достаточно всего лишь капли крови.
SLA печать
SLA печать
Что дальше?
Исследователи отмечают, что 3D-печать позволяет изготавливать функциональные наноструктуры со сложной архитектурой, контролируемой микроструктурой и разнообразными комбинациями материалов. Эта технология уже произвела революцию в сенсорных или биосенсорных устройствах, обеспечив миниатюризацию, индивидуальную настройку и гибкость.
Внедрение 3D-печатного датчика на фермах позволит быстрее диагностировать дефицит кальция и сократить потери молочных коров. Датчик может сэкономить фермерам почти миллиард долларов в год. Однако для широкого распространения устройства потребуется его дальнейшая доработка.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
Что дальше?
Исследователи отмечают, что 3D-печать позволяет изготавливать функциональные наноструктуры со сложной архитектурой, контролируемой микроструктурой и разнообразными комбинациями материалов. Эта технология уже произвела революцию в сенсорных или биосенсорных устройствах, обеспечив миниатюризацию, индивидуальную настройку и гибкость.
Внедрение 3D-печатного датчика на фермах позволит быстрее диагностировать дефицит кальция и сократить потери молочных коров. Датчик может сэкономить фермерам почти миллиард долларов в год. Однако для широкого распространения устройства потребуется его дальнейшая доработка.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
