新型高速显微3D打印技术

泰勒·久保田 编剧

3D 打印的微粒非常小，肉眼看起来就像灰尘，可应用于药物和疫苗输送、微电子、微流体和复杂制造的磨料。 然而，光传导、载物台运动和树脂特性之间需要精确协调，这使得这种定制微粒的可扩展制造具有挑战性。 现在，斯坦福大学的研究人员提供了一种更有效的治疗方法 技术 它每天可以打印多达一百万个高度详细、可定制的微观颗粒。

他说：“我们现在可以用多种材料，以以前未曾在颗粒制造中展示过的速度，创造出更复杂的形状，直至微观尺度。” 贾森·克罗南菲尔德，博士生 德西蒙实验室 斯坦福大学教授，也是详细介绍这一过程的论文的主要作者，该论文今天发表在《自然》杂志上。

这项工作基于称为连续液体界面生产（CLIP）的印刷技术， 2015年推出 由德西蒙和同事撰写。 CLIP 使用投射到条带上的紫外线来快速将树脂固化成所需的形状。 该技术依赖于紫外线投影仪上方的透氧窗口。 这会产生一个“死区”，防止液体树脂固化并粘附到窗户上。 因此，可以在不撕掉窗口每一层的情况下处理精细特征，从而实现更快的颗粒打印。

“利用光来制造无需模具的东西，为粒子世界开辟了一个全新的视野，”他说。 约瑟夫·德·西蒙尼, 斯坦福大学医学院转化医学桑吉夫·萨姆·甘比尔 (Sanjeev Sam Gambhir) 教授，本文通讯作者。 “我们相信，以可扩展的方式做到这一点会带来使用这些粒子来推动未来行业的机会。我们对这可能导致的结果以及其他人可以使用这些想法来推进自己的愿望感到兴奋。”

卷对卷

这些研究人员发明的生产大量形状独特、小于人类头发宽度的分子的过程让人想起装配线。 它首先是一张经过仔细拉伸的薄膜，然后发送到 CLIP 打印机。 在打印机中，数百个形状一次打印在薄膜上，然后装配线移动以清洗、固化和去除形状——所有步骤都可以根据所使用的形状和材料进行定制。 最后，再次卷起空白胶片，整个过程被称为卷对卷 CLIP，或 r2rCLIP。 在使用r2rCLIP之前，需要手动处理一批打印颗粒，这是一个缓慢且劳动密集型的过程。 r2rCLIP 自动化现在可实现前所未有的每天生产 100 万个颗粒的速度。

如果这听起来像是一种熟悉的制造形式，那是故意的。

“不要购买你无法制造的东西，”加州大学洛杉矶分校化学工程教授德西蒙说。 工程学院。 “大多数研究人员使用的工具是制作原型和测试台的工具，这证明了重要的观点。我的实验室从事转化制造科学——我们开发支持测量的工具。这是这一重点对我们意味着什么的一个很好的例子。”

3D打印需要权衡 分辨率与速度。 例如，其他 3D 打印工艺可以打印更小的尺寸（纳米级），但速度较慢。 当然，宏观 3D 打印已经在大规模制造中获得了立足点（字面上），其形式包括鞋子、家居用品、机器零件、橄榄球头盔、假牙、助听器等等。 这项工作探讨了这两个世界之间的可用机会。

“我们在速度和准确性之间取得了谨慎的平衡，”克罗南菲尔德说。 “我们的方法独特地能够产生高精度输出，同时保持所需的制造速度，以满足专家认为对各种应用至关重要的颗粒生产量。具有转化影响的技术必须能够切实适应从研究实验室规模到工业生产的需要。等级。”

坚固又柔软

研究人员希望 r2rCLIP 流程能够得到其他研究人员和业界的广泛采用。 除此之外，DeSimone 认为 3D 打印作为一个领域正在迅速发展，超越有关过程的问题，并朝着对可能性的雄心壮志迈进。

“r2rCLIP 是一项基础技术，”DeSimone 说。 “但我认为我们现在正在进入一个更关注 3D 产品本身而不是流程的世界。显然，这些流程正在变得有价值和有用。现在的问题是：高价值应用是什么？”

就研究人员而言，他们已经进行了生产由陶瓷和水凝胶制成的硬质和软质颗粒的实验。 前者可以应用于微电子制造，后者可以应用于体内药物输送。

“应用范围很广，我们才刚刚开始探索它们，”德西蒙实验室的高级研究科学家、该研究的合著者玛丽亚·杜莱 (Maria Dulay) 说。 “我们发明了这项技术，这是非常了不起的。”

其他共同作者包括撰写本文时的访问硕士生 Lukas Reuther 和化学与放射工程博士后研究员 Max Saccone。 德西蒙也是美国化学教授 人文科学学院工程、过程、信息与技术学院材料科学与工程 经营研究科。 他是以下组织的成员 斯坦福Bio-X， 这 吴仔人类表演联盟，以及 斯坦福癌症研究所，和教员研究员 萨拉凡化学-H联合主任 斯坦福大学金丝雀早期癌症检测中心以及该中心的创始教务主任 干 指导 在斯坦福大学。

这项研究的部分资金来自比尔及梅琳达·盖茨基金会和国家科学基金会研究生研究奖学金计划。 这项工作的一部分是在美国国家科学基金会的支持下在斯坦福纳米共享设施进行的。