Ingenjörer vid University of Maryland (UMD) har skapat en ny multi-material 3-D nanoprinting teknik som fanns på insidan av framsidan av 21 juli-numret av Lab on a Chip.
Teamets nya teknik – som kan skriva ut små strukturer av flera material som är en bråkdel av storleken på ett människohår – erbjuder forskare en snabbare, billigare, och mer exakta sätt att 3-D-skriva ut dessa mycket komplexa strukturer eftersom processen använder en mycket enkel gjutningsprocess som används allmänt i de flesta mikrofluidiklabb.
För att visa deras nya tillvägagångssätt, forskarna 3-D nanoprintade en mängd olika komponenter av flera material, inklusive en DNA-struktur med fem material, en multi-material "micro-cello, " och en mikro UMD-logotyp i fyra material.
"Genom att ge forskare ett tillgängligt sätt att 3D nanoprint multi-material system som inte bara är mycket snabbare, men också mer exakt än konventionella metoder, detta arbete öppnar dörrar för nya applikationer som kräver mikrostrukturer med flera material, och i sin tur, flera funktioner, sa Ryan Sochol, en biträdande professor i maskinteknik och bioteknik vid UMD:s A. James Clark School of Engineering.
I en tillämpning av detta nya tillvägagångssätt, Sochols Bioinspired Advanced Manufacturing (BAM) Laboratory samarbetar med Food and Drug Administration för att tillämpa denna strategi på 3-D nanoprint delar av det mänskliga ögat som inkluderar komplex anatomi med varierande optiska egenskaper.
Andrew Lamont, huvudförfattare till studien och en Ph.D. student i bioteknik vid UMD, presenterade tidiga resultat av teamets forskning vid International Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) Conference i Seoul, Korea den senaste januari, där verket valdes ut till konferensens Outstanding Paper Award.
Under det senaste decenniet, forskare har kämpat för att 3-D nanoprint strukturer med mer än ett material, eftersom konventionella tekniker är begränsade i tid, kosta, arbetskraft, och multimaterialupplösning. Medan 3D-utskriftstekniken har utvecklats avsevärt de senaste åren, utskrift i mycket liten skala är fortfarande svårt.
"Tyvärr, tidigare utmaningar har endast resulterat i en handfull framsteg baserade på multi-material 3-D nanoprinting, med de allra flesta bara två material, sa Lamont, som utvecklade tillvägagångssättet som en del av sin doktorandforskning. "Men med vår strategi, Forskare kan enkelt 3-D nanoprint-system med ett stort antal integrerade material i hastigheter och storlekar som inte är möjliga med konventionella metoder."
Clark School-teamet har lämnat in två amerikanska provisoriska patent för sin strategi, som bygger på en process som kallas "in-situ direkt laserskrivning" och arbete publicerat tidigare i år. Multimaterialstrukturerna är 3-D nanotryckta direkt inuti mikrokanaler, med distinkta flytande material laddade i kanalen ett i taget för materialspecifik utskrift. När utskriftsprocessen är klar, mikrokanalhöljet kan tas bort, lämnar efter sig helt integrerade 3D-strukturer av flera material på en bråkdel av tiden, men med bättre precision än den senaste tekniken.
"Denna nya förmåga att 3D-nanoprintsystem som består av material med målkemikalie, biologisk, elektrisk, optisk, och/eller mekaniska egenskaper, " Sochol sa, "erbjuder en lovande väg till genombrott inom områden inklusive läkemedelsleverans, avancerad optik, metamaterial, och mikrorobotik."
