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NIST开发纳米级3D打印凝胶新方法

纳米材料是80年代中期发展起来的新型材料,由于纳米微粒(1-100nm)的独特结构状态,使其产生了小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等,从而使纳米材料表现出光、电、热、磁等特殊功能,在医学、要学、化学等多个领域具有巨大潜力。科学家近年来也在寻求如何将3D打印技术应用于纳米级别,比如NIST开发的3D打印凝胶和软质材料的新方法。

该研究团队没有像大多数现代软材料3D打印机那样使用紫外激光(UV)或可见光来引发其凝胶,而是利用电子和X射线束来固化一系列光敏树脂。事实证明,这些短波长的激光比常规光束更聚焦,并且能够制造具有高水平结构细节的凝胶,尺寸小至100纳米(nm)。

NIST团队生产的纳米级细胞接口结构

为了有效地将聚焦的电子束和软X射线束传递到其液体溶液中,研究人员设计了一组封闭的流体室。这些设备配备有30–50 nm的氮化硅(SiN)薄膜,可将液体与显微镜的真空隔离。

在测试过程中,将20%w / v的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)水溶液和9个相同的膜窗装满腔室。通过更改光束的一个参数(例如能量,强度,步长或停留时间),同时保持其他参数不变,可以使用障碍来创建具有一系列不同特征集的零件。

冲洗掉未固化的溶液后,研究小组使用了原子力显微镜(AFM)来检查其交联结构。通过比较处于水合和干燥状态的样品物体的高度,研究人员最终能够始终如一地打印它们并估算基于凝胶的物体的尺寸,而无需直接对其进行测量。

而且,该方法被证明能够生产100-150nm宽的结构,从而使研究人员推测它可以用于创建计算机与大脑的接口设备。为了测试其新技术的活细胞接口功能,研究小组进行了进一步的实验,将SiN膜细胞和PEGDA聚合物暴露于电子束中。

尽管一些细胞死亡,但大多数细胞已成功整合到电极中。结果,研究小组得出结论,他们的方法有潜力用于创建尺寸最小为50nm的未来主义微观可植入设备。首席研究员安德烈·科尔马科夫(Andrei Kolmakov)总结说:“我们正在将新工具(在液体中工作的电子束和X射线)引入3D打印。”

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