NIST開發納米級3D列印凝膠新方法

2020-12-17 中關村在線

納米材料是80年代中期發展起來的新型材料,由於納米微粒(1-100nm)的獨特結構狀態,使其產生了小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧道效應等,從而使納米材料表現出光、電、熱、磁等特殊功能,在醫學、要學、化學等多個領域具有巨大潛力。科學家近年來也在尋求如何將3D列印技術應用於納米級別,比如NIST開發的3D列印凝膠和軟質材料的新方法。

該研究團隊沒有像大多數現代軟材料3D印表機那樣使用紫外雷射(UV)或可見光來引發其凝膠,而是利用電子和X射線束來固化一系列光敏樹脂。事實證明,這些短波長的雷射比常規光束更聚焦,並且能夠製造具有高水平結構細節的凝膠,尺寸小至100納米(nm)。

NIST團隊生產的納米級細胞接口結構

為了有效地將聚焦的電子束和軟X射線束傳遞到其液體溶液中,研究人員設計了一組封閉的流體室。這些設備配備有30–50 nm的氮化矽(SiN)薄膜,可將液體與顯微鏡的真空隔離。

在測試過程中,將20%w / v的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)水溶液和9個相同的膜窗裝滿腔室。通過更改光束的一個參數(例如能量,強度,步長或停留時間),同時保持其他參數不變,可以使用障礙來創建具有一系列不同特徵集的零件。

衝洗掉未固化的溶液後,研究小組使用了原子力顯微鏡(AFM)來檢查其交聯結構。通過比較處於水合和乾燥狀態的樣品物體的高度,研究人員最終能夠始終如一地列印它們並估算基於凝膠的物體的尺寸,而無需直接對其進行測量。

而且,該方法被證明能夠生產100-150nm寬的結構,從而使研究人員推測它可以用於創建計算機與大腦的接口設備。為了測試其新技術的活細胞接口功能,研究小組進行了進一步的實驗,將SiN膜細胞和PEGDA聚合物暴露於電子束中。

儘管一些細胞死亡,但大多數細胞已成功整合到電極中。結果,研究小組得出結論,他們的方法有潛力用於創建尺寸最小為50nm的未來主義微觀可植入設備。首席研究員安德烈·科爾馬科夫(Andrei Kolmakov)總結說:「我們正在將新工具(在液體中工作的電子束和X射線)引入3D列印。」

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