未來(lái)空間無(wú)限的聲波打印技術(shù)，你聽(tīng)過(guò)嗎？

【快印客導讀】研究人員研發(fā)了一種新的印刷技術(shù)，該技術(shù)即使用聲波來(lái)控制液滴的大小，而與流體粘度無(wú)關(guān)。這種方法可以大大拓寬液體的類(lèi)型，包括生物制藥，可以按需印刷。研究人員使用聲波在打印機噴嘴尖端產(chǎn)生了有限的力，從而拉動(dòng)液滴。聲波的振幅越大，液滴尺寸越小。

在聲波印刷中，聲波產(chǎn)生一種可控的力，當每個(gè)液滴達到特定尺寸時(shí)將其從噴嘴中拉出并將其朝向打印目標噴射——就像從樹(shù)上摘蘋(píng)果一樣！

圖片來(lái)源：Daniele Foresti，Jennifer A. Lewis，哈佛大學(xué)

哈佛大學(xué)的研究人員研發(fā)出一種新的印刷方法，利用聲波從液體中產(chǎn)生液滴，其成分和粘度都是空前的。這種技術(shù)最終可以制造許多新的生物制藥，化妝品和食品，并擴大光學(xué)和導電材料的可能性。

“通過(guò)利用聲學(xué)力，我們已創(chuàng )造了一種新技術(shù)，可以使無(wú)數材料能夠按需印刷，”Jennifer Lewis說(shuō)。她是哈佛大學(xué)John A. Paulson工程應用科學(xué)學(xué)院的Hansjorg Wyss生物工程教授，也是這篇文章的資深作者。

Lewis還是Wyss生物工程研究所的核心教員和哈佛大學(xué)Jianming Yu文理學(xué)院的教授。這項研究在“Science Advances”上發(fā)表了。

液滴被用于許多應用中，從在紙上印刷油墨到生產(chǎn)用于藥物遞送的微膠囊。噴墨打印是用液滴進(jìn)行圖案化的最常用技術(shù)，但它僅適用于粘度比水大約10倍的液體。然而，研究人員感興趣的許多流體更加粘稠。例如，生物聚合物和載有細胞的溶液對生物制藥和生物打印至關(guān)重要，其粘度至少是水的100倍。一些糖基生物聚合物可能像蜂蜜一樣粘稠，其粘度是水的25,000倍。

這些流體的粘度也隨溫度和成分而急劇變化，使得優(yōu)化印刷參數以控制液滴尺寸變得更加困難。

“我們的目標是通過(guò)開(kāi)發(fā)一種獨立于流體材料特性的印刷系統來(lái)消除粘度，”該論文的第一作者，Branco Weiss研究員和SEAS、 Wyss Institute的工程材料科學(xué)與機械研究助理Daniele Foresti說(shuō)。

為此，研究人員轉向聲波。由于重力作用，任何液體都會(huì )滴落——從水龍頭滴出的水滴到長(cháng)達一個(gè)世紀的瀝青降落實(shí)驗。單憑重力，液滴尺寸仍然很大，并且難以控制下降速率。瀝青的粘度約為水的2000億倍，每十年形成一滴。
為了增強液滴形成，研究團隊依于聲波的產(chǎn)生。這些壓力波通常用于對抗重力，如在聲懸浮的情況下?，F在，研究人員正在使用它們來(lái)輔助重力，并把這種新技術(shù)稱(chēng)為“聲波打印”。

研究人員建造了一個(gè)亞波長(cháng)聲學(xué)共振器，可以產(chǎn)生一個(gè)高度封閉的聲場(chǎng)，導致拉力超過(guò)打印機噴嘴尖端正常引力（1 G）的100倍?——也高于太陽(yáng)表面重力的4倍。

當液滴達到特定尺寸時(shí)，該可控力將每個(gè)液滴從噴嘴拉出，并將其朝向打印目標噴射。無(wú)論流體的粘度如何，聲波的振幅越大，液滴尺寸越小。

“這個(gè)想法是產(chǎn)生一個(gè)聲場(chǎng)，從噴嘴上分離出微小的液滴，就像從樹(shù)上摘蘋(píng)果一樣，”Foresti說(shuō)道。

研究人員從蜂蜜到干細胞油墨、生物聚合物、光學(xué)樹(shù)脂甚至液態(tài)金屬等各種材料上測試了這一過(guò)程。重要的是，聲波不會(huì )通過(guò)液滴傳播，使得該方法即使對于敏感的生物貨物（如活細胞或蛋白質(zhì)）也是安全的。

“我們的技術(shù)應該對制藥行業(yè)產(chǎn)生立竿見(jiàn)影的接影響，”Lewis說(shuō)，“但是，我們相信這將成為多個(gè)行業(yè)的重要平臺?！?

美國國家科學(xué)基金會(huì )MRSEC項目主任Dan Finotello說(shuō)：“這是合作研究廣度和深度的一個(gè)精致而有影響力的例子?！?“作者開(kāi)發(fā)了一個(gè)使用聲力的新印刷平臺，與其他方法不同，它與材料無(wú)關(guān)，因此具有巨大的印刷功能。應用空間是無(wú)限的?！?

哈佛技術(shù)開(kāi)發(fā)辦公室已經(jīng)保護了與該項目有關(guān)的知識產(chǎn)權，并正在探索商業(yè)化機會(huì )。

這項研究由Katharina Kroll，Robert Amissah，Francesco Sillani，Kimberly Homan和DimosPoulikakos共同撰寫(xiě)。它由科學(xué)社團通過(guò)Branco Weiss獎學(xué)金和國家科學(xué)基金會(huì )通過(guò)哈佛MRSEC資助。