近日,諾貝爾化學獎授予了在冷凍電鏡技術領域有突出貢獻的科學家,讓世界的目光再次聚焦於微觀的世界。
如今,在深圳,國人自主研發的微納米設備,也聚焦於微觀世界,所生產的產品衝破國外壟斷,運銷歐洲和北美,甚至賣到了NASA(美國國家航空航天局)和常春藤高校等世界頂級科研機構,其中的微納米3D列印系統不但可以列印出有序排列的人造細胞支架等微納米級別的生物工程製品,甚至可以打出納米級別的電路,製備柔性電子器件,助力人們的醫療健康和便捷生活。
神奇盒子用「墨水」列印微納米級材料
把溶液通過微米級的噴嘴擠出,形成小於1μm-10μm(微米)直徑的液滴,再通過電場力拉伸,在高精度3D運動平臺的配合下,可以做出直徑為0.01μm-1μm的點、線的各種組合,實現單根納米纖維和單個量子點的有序沉積。這就是電流體動力3D印表機的工作原理。
在深圳南山區科技園內,四五臺全球最先進的微納米級別3D印表機正在緊鑼密鼓地加工中,幾天之後,這些設備將分別發往北京、波士頓、杜拜。
論顏值,這幾臺機器並未給人眼前一亮的感覺,冰箱大小的黑匣子裡全部鏤空,內部仿佛一個微波爐,而在盒子的頂部和下端,則留出一根超微小針頭和載物臺。不過,「長相」普通的它們,「能耐」卻並不普通。
「這臺機器是中科院定製的,專門用於他們最新型的電子材料研究。」深圳通力微納科技有限公司總工程師李春斌指著房間角落裡一臺機器告訴記者,這臺黑色機器名為電流體動力3D印表機,工作原理是把溶液通過微米級的噴嘴擠出,形成小於1μm-10μm直徑的液滴,再通過電場力拉伸,在高精度3D運動平臺的配合下,可以做出直徑為0.01μm-1μm的點、線的各種組合,實現單根納米纖維和單個量子點的有序沉積。
「可以理解為一臺微納米級別的3D印表機。」李春斌解釋道,傳統的3D的印表機實際上是一種宏觀上的生產工藝,通過高溫熔解和擠出堆積式工藝生產出各種各樣的模具。另外,目前市場上現有的其他3D印表機,只能列印大於或等於噴頭直徑的點、線,而電流體動力列印可以列印小於噴頭直徑的點、線。
而微納米級別的3D印表機,所列印出的是微納米級別的特殊結構。印表機將導電「墨水」置於機器當中,通過電場將這神奇的「墨水」,拉出一根根直徑僅幾十納米到幾微米的細絲,而這些細絲則按照既定電腦程式,排布成任意形狀和三維結構的製品。
李春斌介紹,拉絲的過程類似於紡織工藝中的「織布」過程,一根根細絲連成線,最後就可以在一個平面上「織造」出一張僅有納米至微米厚度的薄膜。
記者了解到,目前,這種工藝已被用於高端生物領域。2016年,廣東珠三角的一家生物科技公司,通過定製這種微納米3D印表機,來嘗試生產可用於人體中的血管、手術隔離膜等組織。
在通力微納科技的實驗室中,記者看到一張半透明薄膜,李春斌解釋,這張薄膜的厚度僅有0.5mm,是一家生物材料公司所生產的用於可植入人體的組織,僅僅巴掌大小的薄膜,其市場價格就近數千元。