3D列印出人類頭髮寬度千分之一的軟凝膠物體

2021-02-12 科技製造

或許大家眼中的3D列印物品都是硬的，但實際上它們往往是由軟凝膠製成，就像生物列印身體部位的情況一樣。


現在，一種新系統可以讓列印出比以往任何時候都小得多的物體。通常情況下，3D列印凝膠材料的過程始於一個充滿水、光敏分子和長鏈聚合物的混合物的腔室。



當溶液區域選擇性地暴露在紫外線或可見光下時，光敏分子將聚合物分子鏈結合在一起進而形成一種類似腳手架的「蓬鬆」結構。這種結構是一層一層地建立起來的，然後再從它周圍的水中移除，這就是凝膠物體。

如果使用更高能量/更短波長的電子束或X射線來代替紫外線或可見光就有可能製造出具有更精細結構細節的物體--這是因為可以更緊密地聚焦這類輻射的光束。此外，由於光束可以直接在聚合物鏈上工作，所以其還不需要光敏感分子。

然而不幸的是，產生光束所需的掃描電子顯微鏡或X射線顯微鏡必須在真空中操作。如果將水/聚合物混合物放在真空環境中它就會在形成凝膠之前蒸發。

在Andrei Kolmakov博士的帶領下，美國國家標準與技術研究所的科學家們已經開發出了一個變通方案。它們通過在液體腔室上放置超薄的氮化矽薄片來保護溶液不受真空的影響，同時還能讓電子束和X射線穿透。

得益於這套新解決方案，研究人員製造出了100納米寬度結構的凝膠，該寬度大概只有人類頭髮寬度的千分之一。一旦該系統得到進一步完善，研究人員就有望列印出50納米的物品--大概只有一個小病毒那麼大。

這項技術的潛在應用可能包括生產病毒檢測生物傳感器、軟體微型機器人、可注射柔性腦監測電極以及可支持活細胞並與之互動的可植入結構。


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