研究人員通過3D列印射頻探頭開發磁共振應用

2020-12-04 白令三維

廈門大學的研究人員擁有3D列印的射頻(RF)探頭,能夠執行常規和非常規的磁共振(MR)實驗。

MR技術廣泛應用於科學研究,地質調查和臨床診斷(例如MRI掃描)中。RF探頭是MR系統的核心組件,通常用於執行電化學分析,原位反應監測和MR成像。

廈門的研究人員使用3D列印技術開發了一種方法,可以使用比傳統製造技術更精確的線圈結構來構建定製的RF探頭。據他們介紹,這項研究是首次探索這種用於MR系統的集成探頭製造方法。

針對不同情況的集成式MR探頭的3D列印和製造過程。圖片來自廈門大學/自然。

3D列印RF探頭

在研究過程中,研究人員演示了一種結合計算機輔助設計(CAD),3D列印和液體熔化注入技術來創建集成式MR探頭的方法。熔融沉積建模(FDM)和立體光刻技術均用於製造探頭,該探頭由帶有微米級導線的RF線圈,定製的樣品室和RF電路接口組成,並包裹在單個印刷聚合物塊中。

3D Systems的ProJet 3510 SD 3D印表機用於通過FDM製造30微米列印解析度的MR原型的一個版本。在列印過程中,從印表機的雙噴嘴之一擠出材料,以構造成型結構和中空線圈腔。對於在嘉興山威機電公司的Cyclone W-1印表機上印刷的立體光刻生產的探頭,是通過光聚合以25 m的列印解析度逐層創建模型的。紫外線雷射聚焦在一大桶光敏聚合物樹脂上,使分子鏈連結形成聚合物,從而構成了探頭的主體。

探針列印後,要進行後處理,然後再使用液態金屬灌注技術創建導電RF線圈。然後將這些注入到3D列印的聚合物塊中的微通道中,該聚合物塊使用透明材料進行印刷,以說明其內部通道結構。經過實驗表明,無論是在電氣性能還是在材料背景信號方面,PLA的性能都很好,因此選擇列印探針的材料是PLA。

印刷了各種探頭以研究不同的原位反應,例如動力學監測,電化學反應監測,核磁共振(NMR)和成像。

研究人員使用3D Systems的ProJet 3510SD 3D印表機製造探頭。

潛在的應用

除上述實驗外,研究人員還試圖通過定製設計探頭來證明其方法的普遍適用性。性能測試表明,儘管線圈材料的導電性存在某些缺點,但3D列印的探頭仍能以較高的信噪比(SNR)獲得圖像。研究人員稱,這意味著該方法在定製MRI應用方面具有「廣闊前景」。

該團隊專注於解決RF探頭傳統製造方法所遇到的精度和集成定製加工缺陷,而不是優化其3D列印替代品的性能。通過當前的方法製造RF探針頭在集成,定製和小型化方面面臨困難。從本質上講,通過這些技術來製造具有複雜或不規則3D結構的RF線圈是不精確且耗時的,特別是考慮到小型化的需求。因此,研究人員試圖通過3D列印實驗來克服這些問題。

儘管目前的性能可能仍不如商用探頭,但該研究證明3D列印探頭能夠滿足團隊定製MR實驗的要求。有鑑於此,所提出的方法為定製用於NMR研究和臨床MRI檢測的探頭奠定了基礎,並且為3D列印組件的MR系統開闢了新的一類應用。

該研究的更多細節可以在《自然》雜誌上發表的標題為「用於磁共振的3D列印的集成探頭」的文章中找到。這項研究是由謝潔X.尤X.尤Y黃倪Z X汪X李Li C楊楊D張張H孫H Z.陳

3D列印連續流分離探頭(CFSP)的內部結構和分離原理。圖片來自廈門大學/自然。

3D列印電子

儘管與其他增材製造應用相比3D列印電子產品尚處於起步階段,但在這一領域中不斷開發新技術,而潛在的應用也在不斷擴展。

以色列3D列印電子公司Nano Dimension位於這一領域的最前沿。在2019年9月,該公司宣布將 使用其DragonFly電子增材製造系統開發 3D列印電容器。不久之後,Nano Dimension宣布與韓國技術創新中心忠北科技園 (CBTP)達成了一項多年協議, 兩家公司為其首個合作產品開發了功能齊全的3D列印IoT通信設備。

最近,該公司與軍事傳感器專家 HENSOLDT合作 ,成功地印刷和組裝了雙面層印刷電路板(PCB),從而使3D列印高性能電子元件的開發更近了一步。

在其他地方,總部位於矽谷的初創公司 Space Foundry 希望將等離子3D列印引入電子行業,而來自 加利福尼亞大學洛杉磯分校 (UCLA)的研究人員設計了一種比傳統技術快五倍的生產3D列印電子產品的方法。2月,高精度微型點膠機製造商nScrypt 成功地為3D列印電子產品微量分配了 一致的50微米焊料和膠點,這可以為將焊料點直接且精確地列印到平坦和不規則形狀的電子板上鋪平道路。

最近,3D印表機製造商 Azul 3D 與電子公司杜邦合作, 將「下一代3D列印技術」引入電子材料行業。 麻省理工學院計算機科學和人工智慧實驗室的研究 人員開發了一種名為「 MorphSensor 」的新穎3D設計環境,專為3D列印而設計的定製零件,同時兼顧了電子功能和機械功能,德國電子3D列印公司 Neotech AMT 開始與 漢堡大學 合作開發一個由AI驅動的質量保證系統的項目 適用於3D列印電子產品。

特色圖片顯示了Nano Dimension的DragonFly LDM 3D列印技術的實際應用。通過Nano Dimension拍攝。

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