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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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(xì)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(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種獨(dú)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(gè)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(jìn)展的一篇論文中，哈佛大學(xué)的團(tuán)隊(duì)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(jī)構(gòu)，他們描述了他們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)和制造一個(gè)能夠產(chǎn)生的亞波長聲諧振器一個(gè)受限的聲場，它使拉力大于打印機(jī)噴嘴尖端的正常重力的100倍。

通過控制目標(biāo)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(shí)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(gè)想法是產(chǎn)生一個(gè)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(jī)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(jìn)行了測試，包括蜂蜜，干細(xì)胞墨水，生物聚合物，光學(xué)樹脂和液態(tài)金屬。當(dāng)可控制力達(dá)到特定尺寸時(shí)，可控制力將每個(gè)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(biāo)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(xì)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(shí)形成堅(jiān)固的外殼，這種特殊的性質(zhì)使得易于將液滴一個(gè)堆疊在另一個(gè)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(gè)行業(yè)的重要平臺。”

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