NIST開發(fā)納米級(jí)3D打印凝膠新方法

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納米材料是80年代中期發(fā)展起來(lái)的新型材料，由于納米微粒(1-100nm)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使其產(chǎn)生了小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，從而使納米材料表現(xiàn)出光、電、熱、磁等特殊功能，在醫(yī)學(xué)、要學(xué)、化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域具有巨大潛力?？茖W(xué)家近年來(lái)也在尋求如何將3D打印技術(shù)應(yīng)用于納米級(jí)別，比如NIST開發(fā)的3D打印凝膠和軟質(zhì)材料的新方法。

該研究團(tuán)隊(duì)沒(méi)有像大多數(shù)現(xiàn)代軟材料3D打印機(jī)那樣使用紫外激光（UV）或可見光來(lái)引發(fā)其凝膠，而是利用電子和X射線束來(lái)固化一系列光敏樹脂。事實(shí)證明，這些短波長(zhǎng)的激光比常規(guī)光束更聚焦，并且能夠制造具有高水平結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的凝膠，尺寸小至100納米（nm）。

NIST團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的納米級(jí)細(xì)胞接口結(jié)構(gòu)

為了有效地將聚焦的電子束和軟X射線束傳遞到其液體溶液中，研究人員設(shè)計(jì)了一組封閉的流體室。這些設(shè)備配備有30–50 nm的氮化硅（SiN）薄膜，可將液體與顯微鏡的真空隔離。

在測(cè)試過(guò)程中，將20％w / v的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）水溶液和9個(gè)相同的膜窗裝滿腔室。通過(guò)更改光束的一個(gè)參數(shù)（例如能量，強(qiáng)度，步長(zhǎng)或停留時(shí)間），同時(shí)保持其他參數(shù)不變，可以使用障礙來(lái)創(chuàng)建具有一系列不同特征集的零件。

沖洗掉未固化的溶液后，研究小組使用了原子力顯微鏡（AFM）來(lái)檢查其交聯(lián)結(jié)構(gòu)。通過(guò)比較處于水合和干燥狀態(tài)的樣品物體的高度，研究人員最終能夠始終如一地打印它們并估算基于凝膠的物體的尺寸，而無(wú)需直接對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。

而且，該方法被證明能夠生產(chǎn)100-150nm寬的結(jié)構(gòu)，從而使研究人員推測(cè)它可以用于創(chuàng)建計(jì)算機(jī)與大腦的接口設(shè)備。為了測(cè)試其新技術(shù)的活細(xì)胞接口功能，研究小組進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，將SiN膜細(xì)胞和PEGDA聚合物暴露于電子束中。

盡管一些細(xì)胞死亡，但大多數(shù)細(xì)胞已成功整合到電極中。結(jié)果，研究小組得出結(jié)論，他們的方法有潛力用于創(chuàng)建尺寸最小為50nm的未來(lái)主義微觀可植入設(shè)備。首席研究員安德烈·科爾馬科夫（Andrei Kolmakov）總結(jié)說(shuō)：“我們正在將新工具（在液體中工作的電子束和X射線）引入3D打印?！?br />


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