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近期国内外3D打印技术五大新突破

2015-08-07 09:34
小伊琳
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  3D打印离我们还远吗?近年来,随着产业升温,3D打印在全球掀起一股新浪潮。而与此同时,3D打印技术在各领域也实现了新突破:

  1、美国食品和药物管理局首次批准3D打印药物

  近日,美国食品和药物管理局(FDA)首次批准一种3D打印技术制造的药物。这种药物名为Spritam,是用于成人和儿童癫痫症患者的口服类药物。为制造这种药物,Aprecia制药公司开发出一项名为ZipDose的技术。这项技术基于麻省理工学院的3D打印技术,已获得麻省理工学院授权。

  除上述癫痫症治疗药物外,Aprecia制药公司计划推出一系列药物,关乎治疗其他中枢神经系统疾病,可能包括抑郁症、精神分裂症或帕金森症。

  3D打印技术制造药物是一个层层叠加的过程,对技术的要求非常精确。韦瑟霍尔德说:“使用3D打印技术可以获得相当的能力做出独一无二的东西。”

  2、澳洲科学家3D打印脑组织研究获重大突破

  如今,澳大利亚ARC电材料科学卓越中心(ACES)的研究人员正忙着在3D打印技术的帮助下揭开人体内部最神秘的领域——大脑的秘密,并已经获得了突破性进展,他们已经找到一种方法通过3D打印神经细胞来复制和模拟脑组织。尽管能够以物理的形式3D打印出这些,甚至构成细胞网络是一项惊人的成就,但是能够实现它们的是3D设计与3D打印,如果没有这两种技术协同工作,魔术根本不会发生。

  众所周知,数字化设计使得人们可以创建、评估和改造极其复杂的形式,并将其3D打印成3D对象,如果这些原型被发现有谬误的时候,这种技术的美妙之处在于研究人员不必就此推倒重来,他们只需对数字文件进行相应的调整,然后重新3D打印出来。

  考虑到这些研究人员正在处理的是1000亿个神经细胞,因此,能够将自己的想法数字化,使其能够很方便地一遍一遍地纠错就变得非常重要。制药公司们正在积极找出大脑中保存的信息,因为很明显,如果他们能找出到底是什么让大脑做出反应,他们可以使开发的药品,不仅有效,而且工作得更好。虽然动物试验也能产生明显的效果,但是它们在很多情况下不够精确。

  对于制药公司和科研人员来说,能够看到不同的大脑模式以及这个器官的整体,并看到各种动作的诱发因素显然是梦寐以求的,不仅从药物研发的角度是有用的,而且对于脑部或者精神性疾病,也有重大研究意义。

  到目前为止,研究人员已经能够创建出定制的3D生物油墨,这种油墨包含真正的真正的糖类物质,并可以在细胞培养工厂里进行处理。研究人员已经能够用它打印出六层深的细胞3D结构,这种结构不仅能够精准、正确地扩展,而且能够很好地保护和固定脑细胞。

  虽然离3D打印大脑仍有很长的一段路要走,但是,获得组织脑细胞、从而使它们形成神经网络的能力已经是一个非常显著的进步。3D打印脑组织研究强调了将3D打印技术与材料科学的最新进展相结合,以获得生物学研究成果的重要性,这为更为复杂的3D打印机创建具有更精细的分辨率结构铺平了道路。

  3、英国科学家研发3D打印高效石墨烯电池

  可能很多人没有注意到,在人类科技突飞猛进的今天,我们的电池技术却没有跟上来,阻碍了很多行业的发展,比如智能手机用户抱怨最多的就是电池的使用寿命,因为电池续航能力差,我们不得不每隔一段时间就给手机充一次电,此外,由于缺乏可靠的电池,电动汽车产业在过去几十年里几乎没有实质性的进步。

  不过高容量的电池也许很快就会消除这个痛点,来自英国曼彻斯特城市大学的电化学与纳米技术教授Craig Banks尤为引人注目,因为他正在使用的材料是神奇的石墨烯,而他采用的技术则是当下最为火热的3D打印。

  Banks和他的团队凭着这个项目从英国工程物理科学研究理事会那里获得了50万英镑的资助。他们正在采取类似的方法使用石墨烯油墨打印复杂的3D结构。如果成功,这将有望他们创造的电池和超级电容器的容量。

  储能系统(ESS)对于人类应对气候变化至关重要,而且由于人们已经找到了各种方法产生清洁能源,而找到一种有效地方式将该清洁能源存储起来就成了当务之急。”Banks解释说,“锂/钠离子电池和超级电容器是实现这一目标有希望的方法。这个项目将充分利用石墨烯优势——它比金属更导电——并将其应用到ESS中。我们正在努力获得一种导电油墨,它既具有石墨烯的神奇特性,又能够被3D打印。这样我们就能够很方便地操纵它形成各种结构,开发出符合我们要求的电池和超级电容器。”

  尽管之前也有几家公司和研究团队进行过石墨烯的3D打印,不过他们依靠的只是石墨烯的混合物,或者说是半石墨烯材料。这种石墨烯是石墨烯和碳黑或石墨的混合物,它们并不具有纯石墨烯身上的所有属性,说得通俗一点也就是性能较差,跟纯石墨烯根本不能比。另外,在将其用于3D打印时,时间问题也是一大挑战,因为在打印下一层之前,上一个打印层需要被固化。考虑到通常一个3D打印对象会包括很多层,显然这个过程相当耗时。

  “我们想出办法让其直接固化,使用紫外光照射也许可行,因为微米级别以上的物体固化总是需要很长的时间。”Banks补充说。“最理想的情况应该是,插上打印机电源,你就能够在自己的书桌上使用石墨烯打印出任何形态的结构。”

  4、澳大利亚推出3D打印的太阳能电池

  近日,来自澳大利亚一支由50位科学家组成的团队经过几年的研发开发出一种薄如纸片的有机可打印太阳能板,它有能力为一整栋摩天大楼提供能源。研发者们希望能够在不远的未来,以低能源应用为起点,逐步实现这种新型发电装置的商业化制造。

  根据项目的网站介绍,这项技术有很大潜力减少如澳大利亚一样的发达国家对传统能源的依赖,同时为发展中国家处于电网之外的偏远地区提供一种经济、可轻松展开的电力来源。

  不同于传统的太阳能电池板,这些太阳能电池纸可以在包括玻璃和屋顶等实际的房屋位置上被直接打印出来,这也许会造就一种全新的设计理念。除了用在大型建筑物上,研究者们也在尝试着将这种单元用于小型物体,比如风靡全球的iPad。

  “iPad的表面、笔记本背包和手机外壳将不再只起到包作用,它们还可以成为能源收集器,为这些可移动设备提供电能。”澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的高级研究员Fiona Scholes解释说。

  研究者们现已成功地将每个有机太阳能电池纸的单元减小到只有硬币大小的体积,而且借助改进型的可使用太阳能墨水的3d打印机实现了它们的制造。它非常便宜,样子和工作方式都不同于传统的硅基太阳能电池板。”Scholes表示。由CSIRO成员,墨尔本大学和蒙纳士大学组成的合作机构甚至已经开始考虑如何将这项技术送到世界上那些几乎用不上电的偏远地区。

  “我们在塑料上打印它们的方式和我们打印塑料钞票的方式其实没有什么不同,”Scholes补充说道,“连接这些太阳能电池板就如同连接电池一样简单。” 至于接下来的事情,研究者们希望能够得到政府的支持,在接下来的几年里将这项技术逐步用于公共场所。

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