哈佛研究人員使用聲波來輔助粘性液體的3D打印

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責(zé)任編輯：六月芳菲時間：2018-09-05 10:36

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[導(dǎo)讀]據(jù)研究人員稱，這種技術(shù)可以按需按需方式對無數(shù)材料進行3D打印，并可用于合成生物制藥和化妝品，以及光學(xué)和導(dǎo)電材料。

來自哈佛大學(xué)John A Paulsen工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的研究人員開發(fā)出一種新的3D打印技術(shù)，該技術(shù)利用聲波從液體中產(chǎn)生具有前所未有的成分和粘度范圍的液滴。據(jù)研究人員稱，這種技術(shù)可以按需按需方式對無數(shù)材料進行3D打印，并可用于合成生物制藥和化妝品，以及光學(xué)和導(dǎo)電材料。

來源：Daniele Foresti，哈佛大學(xué)Jennifer A. Lewis

目前，使用噴墨3D打印機制造用于藥物遞送的微膠囊。據(jù)研究人員稱，噴墨3D打印利用液體液滴形成固體，但它僅適用于粘度約為水的10倍的液體。然而，研究人員感興趣的許多液體更加粘稠。例如，生物制藥和生物打印中使用的生物聚合物和載有細胞的墨水的粘度至少是水的100倍。一些含糖的生物聚合物可能像蜂蜜一樣粘稠，粘度比水高25,000倍。

這些流體的粘度也隨溫度和成分而急劇變化，使得優(yōu)化印刷參數(shù)以控制液滴尺寸變得更加困難。

因此，SEAS研究團隊開發(fā)了一種獨立于流體材料特性的3D打印系統(tǒng)。他們利用聲波建立了一個系統(tǒng)，以幫助重力從粘性流體形成受控大小的液滴。

在科學(xué)進展的一篇論文中，哈佛大學(xué)的團隊由Jennifer Lewis教授領(lǐng)導(dǎo)，他也是Wyss生物啟發(fā)工程研究所和藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的附屬機構(gòu)，他們描述了他們?nèi)绾卧O(shè)計和制造一個能夠產(chǎn)生的亞波長聲諧振器一個受限的聲場，它使拉力大于打印機噴嘴尖端的正常重力的100倍。

通過控制目標位置，可以在任何地方小心地沉積和圖案化噴射的液滴。在該實例中，蜂蜜滴在玻璃基板上圖案化。
來源：Daniele Foresti，哈佛大學(xué)Jennifer A. Lewis

“這個想法是產(chǎn)生一個聲學(xué)區(qū)域，從噴嘴中分離微小的液滴，就像從樹上摘蘋果一樣，”該論文的第一作者，Branco Weiss研究員，材料科學(xué)與機械工程研究助理Daniele Foresti說。在SEAS和Wyss研究所。

研究人員對各種材料進行了測試，包括蜂蜜，干細胞墨水，生物聚合物，光學(xué)樹脂和液態(tài)金屬。當可控制力達到特定尺寸時，可控制力將每個液滴從噴嘴拉出，范圍從超過800μm的最大值到小于65μm，并將其朝向打印目標噴射。研究人員發(fā)現(xiàn)，聲波振幅越大，液滴尺寸越小，與流體的粘度無關(guān)。重要的是，聲波不會通過液滴傳播，使得該方法即使對于敏感的生物貨物（例如活細胞或蛋白質(zhì)）也是安全的。

為了噴射液滴，聲波印刷利用空氣傳播的超聲波 - 幾乎與材料無關(guān)。即使是液態(tài)金屬也可以輕松打??！
這種特殊的液態(tài)金屬在與大氣接觸時形成堅固的外殼，這種特殊的性質(zhì)使得易于將液滴一個堆疊在另一個上面。
（圖片由Daniele Foresti，哈佛大學(xué)Jennifer A. Lewis提供。）

“我們的技術(shù)應(yīng)該對制藥行業(yè)產(chǎn)生直接影響，”劉易斯說。 “但是，我們相信這將成為多個行業(yè)的重要平臺。”

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