用声波打印液体 这可是哈佛大学的最新研发技术!

企业 卡夫卡 2018-09-21 00:15

  【PConline 资讯】见惯了打印纸张、打印金属,打印陶瓷的你,是时候换换“口味”了。近日,据外媒报道称,哈佛大学的研究人员开发出了一种全新的印刷方法,即使用声波加速粘稠液体的打印方法。打印出的液滴成分和黏度范围之大前所未有,未来或将用于制造新的生物制药、化妆品和食品,并能拓展光学材料和导电材料的可能性。目前,该项研究已发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上。

  “通过利用声学力,我们创造了一种新技术,能以按需方式打印无数材料,”哈佛约翰·保尔森学院生物启发工程Hansjorg Wyss的Jennifer Lewis教授说,工程与应用科学(SEAS)和论文的高级作者。此外,Lewis还是Wyss生物启发工程研究所的核心教员和哈佛大学的Jianming Yu艺术与科学教授。

  其实,液滴的应用范围很广,从喷墨印刷到生产用于传送药物的微胶囊。喷墨打印是当下最为普遍的打印技术,但它仅适用于粘度比水大10倍的液体。然而,研究人员感兴趣的液体要比这个更加粘稠。例如,生物聚合物和载有细胞的溶液对生物制药和生物打印至关重要,其粘度至少是水的100倍。而一些含糖的生物聚合物则能像蜂蜜一样粘稠,其粘度比水高2.5万倍。

  如上图所示,通过控制目标位置,可以在任何地方小心地沉积和图案化喷射的液滴。在该实例中,蜂蜜滴在玻璃基板上被图案化,由于蜂蜜是非常粘稠,液滴需要相当长的时间来润湿玻璃。当然,这些液体的粘度也随温度和成分而有所不同,这便令优化印刷参数以及控制液滴尺寸变得更加困难。

  “我们的目标是通过开发独立于流体材料特性的印刷系统来消除粘度”,该论文的第一作者,Branco Weiss研究员和材料科学与机械研究助理Daniele Foresti说。为此,研究人员转向声波。

  由于重力作用,任何液体都会滴落,仅使用重力,液滴尺寸仍然很大,并且难以控制下降速率。沥青的粘度约为水的2000亿倍,每十年才会滴一滴。为了增强水滴形成,研究团队选择利用依靠声波。这些压力波通常用于抵抗重力,如在声悬浮的情况下。 现在,研究人员正在使用它们来辅助重力,配音这种新技术的声学印刷。

  研究人员建造了一个亚波长声谐振器,它可以产生一个高度受限的声场,导致拉力超过打印机喷嘴尖端正常重力(1G)的100倍。当液滴达到特定尺寸时,该可控制力将每个液滴从喷嘴拉出,并将其朝向打印目标喷射。无论流体的粘度如何,声波的振幅越高,液滴尺寸越小。

  研究人员对蜂蜜、干细胞油墨、生物聚合物、光学树脂,甚至液态金属等各种材料,分别进行了测试。重要的是,声波不会通过液滴传播,使得该方法即使对于敏感的生物货物(例如活细胞或蛋白质)也是安全的。

  为了喷射液滴,声波印刷利用空气传播的超声波 ,即使是液态金属也可以轻松打印!这种特殊的液态金属在与大气接触时形成坚固的外壳,这种特殊的性质使得易于将液滴一个堆叠在另一个上面。

  “我们的技术应该立即对制药行业产生影响,但是,我们相信这将成为多个行业的重要平台”,Lewis说。

  “这是合作研究的广度和影响力的一个精致而有影响力的例子,作者使用声力开发了一种新的印刷平台,与其他方法不同,它与材料无关,因此具有极大的印刷多功能性。应用空间是无限的”。NSF MRSEC项目主任Dan Finotello表示。

  哈佛技术开发办公室保护了与该项目有关的知识产权,并正在探索商业化机会。这项研究由Katharina Kroll,Robert Amissah,Francesco Sillani,Kimberly Homan和Dimos Poulikakos共同撰写。它由科学协会通过Branco Weiss奖学金,国家科学基金会通过哈佛MRSEC和哈佛大学Blavatnik生物医学加速器资助。

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