導(dǎo)讀:3D打印微粒子在藥物和疫苗的傳遞、微電子、微流體學(xué)以及精密制造中的磨料等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,為了制造這些定制的微粒子,光照的投射、平臺的移動和樹脂的特性之間需要進行精確的配合,這給可擴展生產(chǎn)帶來了挑戰(zhàn)。
斯坦福大學(xué)的研究團隊最近報道稱,他們開發(fā)了一種新型高速微尺度3D打印技術(shù)——卷對卷連續(xù)液體界面生產(chǎn)(r2rCLIP),能夠每天打印出高達(dá)一百萬個極其精細(xì)且可定制的微型顆粒,相關(guān)論文13日發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。
這項研究基于一種名為連續(xù)液體界面生產(chǎn)(CLIP)的技術(shù),該技術(shù)由斯坦福大學(xué)迪西蒙尼實驗室在2015年提出。CLIP通過在條帶上投射紫外線,迅速將樹脂固化成所需形狀。這項技術(shù)依賴于紫外線投影機上方的透氧窗口創(chuàng)建一個“死區(qū)”,以阻止液態(tài)樹脂固化并粘附在平臺上,從而能夠精確處理每一層的細(xì)節(jié)特征,實現(xiàn)顆粒的快速打印。
r2rCLIP技術(shù),是一種用于批量生產(chǎn)具有獨特形狀、尺寸小于人類頭發(fā)寬度的微粒的生產(chǎn)過程,類似于流水線作業(yè)。首先,將一張緊繃的薄膜送入CLIP打印機,在其中一次性打印數(shù)百個形狀。接著,流水線會繼續(xù)執(zhí)行清洗、固化和去除形狀等步驟——所有這些步驟均可以根據(jù)使用的形狀和材料進行定制。最后,空白薄膜被重新卷起,整個過程因而得名為卷對卷CLIP,或簡稱r2rCLIP。
研究人員表示,在采用r2rCLIP技術(shù)之前,一批打印出的顆粒需要手工處理,這是一個緩慢且勞動密集的過程。r2rCLIP的自動化技術(shù)現(xiàn)在實現(xiàn)了每天生產(chǎn)100萬顆顆粒的前所未有的速度。借助新技術(shù),他們現(xiàn)在能利用多種材料,快速創(chuàng)造出形狀更復(fù)雜的微型顆粒,如利用陶瓷和水凝膠制造出硬顆粒和軟顆粒,前者可用于微電子制造,后者適用于體內(nèi)藥物輸送。
研究團隊指出,在3D打印技術(shù)中,分辨率與速度之間的權(quán)衡是必須考慮的。例如,有些3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)更小尺寸(納米級)的打印,但速度較慢。而有些3D打印技術(shù)已經(jīng)在大規(guī)模制造中找到了自己的位置,制造出鞋子、家居用品、機械零件、橄欖球頭盔、假牙、助聽器等產(chǎn)品。這項工作在制造速度和精確性之間找到了平衡。
最后,研究團隊希望r2rCLIP流程能被其他研究人員和行業(yè)廣泛采用。此外,他們認(rèn)為3D打印領(lǐng)域正迅速超越過程本身的討論,轉(zhuǎn)向探索其潛力。
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