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微米级3D打印新技术“崭露头角”

2015-11-04 09:24
seele_jin
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  近日,加州大学洛杉矶分校(UCLA)的生物工程师团队开发出了一种新型的3D打印技术,该技术可以制造出比人类的头发丝宽度还小的复杂微观对象。研究团队将该技术命名为瞬态光学液体成型(Optical Transient Liquid Modeling),它主要依靠照射图案的紫外光、液态光敏聚合物材料和一款自定义软件来实现。据认为该技术在生物医学和各种工业领域具有很好的应用前景。

  约500微米长的3D打印微粒

  尽管传统的3D打印方法也可以创建出非常复杂的形状和结构,但是在如此小的尺度(小于1毫米)上实现还是头一次。使用一系列的微流控和光学技术,UCLA的科学家们能够制造出100-500微米大小的对象,其细部特征甚至能够达到10-15微米。

  关于该项研究的论文已经被发表在了《Advanced Materials》杂志上,其作者——来自UCLA Henry Samueli工程和应用科学学院的Chueh-Yu Wu, Keegan Owsley and Dino Di Carlo将他们的技术描述为一种“新的制作方法......,在这里一种2D光图案照射一种光聚合物前体流使其沿着流动轴成型。”从根本上说,这里有两种同类型的流体:一种作为前体物质的液体聚合物和一种针对该聚合物流的流体模——通过一系列的小柱子结合在一起。基本上这些柱子的排列确定了两种液体流将如何混合和交织在一起。

  接下来,研究人员用CAD uFlow 软件(可免费下载)来预测柱子的位置和顺序会产生什么样的形状变化。通过突然停止材料的流动,他们就可以使用紫外线将预先定义好的图案“切片”照射到前体流上。这意味着对象基于该前体流的第一次成型,然后紫外光如此反复照射。“这就像我们通过一个模具挤面团做面条,在这里该模具是液态的,然后再用另外一个模具——带图案的紫外光——把面团一片片成型。”Chueh-Yu Wu解释说。

  用于惯性流的合理设计的一种计算机辅助设计(CAD)工具

  "我们知道形状往往决定了材料的功能,所以尽管我们对于这一技术能够导致什么样的结果有一点概念,但是其能够根据要求定制3D微粒的基本能力可以用于很多我们根本想象不到的方面。”UCLA生物工程教授与该研究的首席研究员Di Carlo说:“这项技术有这么多潜在的可能性——从这个意义上说,这是非常令人兴奋的。”

  据了解,目前研究人员们想到的一些可能的应用包括定制可自组装的生物材料以帮助组织再生,或者开发新的工业涂料或具有独特光反应性能的涂料等。研究人员也证实,到目前为止,他们已经用该技术生成了用有机材料组成的对象(可用于生物医学应用)以及可通过磁性精确控制其运动的粒子(工业用)。

  该研究论文的标题为《基于软件快速设计并光学瞬变液体成型微型颗粒(“Rapid Software-Based Design and Optical Transient Liquid Molding of Microparticles)》,该项研究得到了美国国家自然科学基金的部分资助。

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