美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種3D打印凝膠和其他軟材料的新方法。這項(xiàng)研究發(fā)表在一篇新論文中,，它具有創(chuàng)造納米級(jí)精度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的潛力,。由于許多凝膠與活細(xì)胞兼容,，因此這種新方法可以迅速開(kāi)始生產(chǎn)軟質(zhì)微型醫(yī)療設(shè)備，例如藥物輸送系統(tǒng)或可以插入人體的柔性電極,。

標(biāo)準(zhǔn)的3D打印機(jī)通過(guò)創(chuàng)建材料薄片（通常是塑料或橡膠）并逐層構(gòu)建它們（例如千層面）,，直到制作出整個(gè)物體。

NIST研究人員Andrei Kolmakov說(shuō),，使用3D打印機(jī)制造由凝膠制成的物體“有點(diǎn)像精致的烹飪過(guò)程”,。在標(biāo)準(zhǔn)方法中，3D打印機(jī)腔室充滿了溶解在水中的長(zhǎng)鏈聚合物湯（長(zhǎng)鏈分子結(jié)合在一起）,。然后添加“香料”（一種對(duì)光敏感的特殊分子）,。當(dāng)3D打印機(jī)發(fā)出的光激活這些特殊分子時(shí)，它們會(huì)將聚合物鏈縫合在一起,，從而形成蓬松的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),。這種仍被液態(tài)水包圍的就是凝膠。

通常,，現(xiàn)代3D凝膠打印機(jī)使用紫外線或可見(jiàn)激光來(lái)促進(jìn)凝膠支架的形成,。然而Kolmakov和他的同事們將注意力集中在使用電子束或X射線制造凝膠的另一種3D打印技術(shù)上。由于這些類型的輻射比紫外線和可見(jiàn)光具有更高的能量或更短的波長(zhǎng),，因此這些光束可以更緊密地聚焦,，因此可以產(chǎn)生具有更精細(xì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的凝膠。這些細(xì)節(jié)正是組織工程以及許多其他醫(yī)學(xué)和生物學(xué)應(yīng)用所需的,。電子和X射線還有第二個(gè)優(yōu)勢(shì)：它們不需要特殊的分子即可促進(jìn)凝膠的形成,。

但是目前，這種緊密聚焦的短波長(zhǎng)輻射的來(lái)源（掃描電子顯微鏡和X射線顯微鏡）只能在真空中運(yùn)行,。這有一個(gè)問(wèn)題,，因?yàn)樵谡婵罩忻總€(gè)腔室中的液體都會(huì)蒸發(fā)而不是形成凝膠。

Kolmakov和他在NIST和意大利Trieste的同事解決了這個(gè)問(wèn)題,，并通過(guò)在真空和液體室之間放置超薄的屏障(一層氮化硅薄片)演示了在液體中使用3D凝膠打印技術(shù),。薄片可防止液體蒸發(fā)（通常在真空中會(huì)發(fā)生蒸發(fā)），但允許X射線和電子滲透到液體中,。該方法使該團(tuán)隊(duì)能夠使用3D打印方法來(lái)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)小至100納米（nm）的凝膠（比人的頭發(fā)薄1000倍）,。通過(guò)改進(jìn)他們的方法，研究人員希望能在凝膠上印上50納米的結(jié)構(gòu),。

用這種方法制成的一些結(jié)構(gòu)可能在未來(lái)用于監(jiān)視大腦活動(dòng)的柔性可注射電極,、用于病毒檢測(cè)的生物傳感器、微型機(jī)器人以及可以模擬活細(xì)胞并為其生長(zhǎng)提供媒介的結(jié)構(gòu),。

Kolmakov說(shuō)：“我們正在將新工具（在液體中運(yùn)行的電子束和X射線）引入軟材料的3D打印中,。” 他和他的同事在2020年9月16日通過(guò)發(fā)表在ACS Nano上的一篇文章中描述了他們的工作,。