供稿人:李曉 連芩 發(fā)布日期：2018-05-30
已有的3D打印成形后都是固體，近日，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)，利用3D打印構(gòu)建了一種純液體的三維結(jié)構(gòu)，打印的材料竟是再普通不過的水。該項(xiàng)研究成果已刊登在近期的《advanced materials》期刊上。
圖1 在硅油中打印水線（a.打印原理示意；b.水-油界面；c.6.8cm長的水螺旋線，水線直徑100μm；d.打印后0、10、60、120min的結(jié)構(gòu)圖）
該技術(shù)將硅油（PDMS-NH2）作為打印介質(zhì)，將針頭浸入硅油中，擠出水形成水線構(gòu)造特定的三維水線結(jié)構(gòu)。該技術(shù)看似簡單，但普通的水在硅油中會斷開并聚集，根本無法形成特定結(jié)構(gòu)，而該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于，在水中添加了帶有官能團(tuán)的納米粒子（carboxylic acid-functionalized nanoparticles），這種納米粒子可以與硅油在水-油界面結(jié)合，形成一個穩(wěn)定的表面活性劑層，鎖住液體結(jié)構(gòu)。有了這種穩(wěn)定性就可以將水打印成特殊的結(jié)構(gòu)。
研究人員將水線打印成螺旋結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)，水線的直徑可以在10-1000μm，長度可以達(dá)到數(shù)米，并且該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可以保持?jǐn)?shù)個月之久，將整體結(jié)構(gòu)傾斜并還原之后，水線結(jié)構(gòu)依然保持完整。除此之外，研究人員在水線中注入如NaCL、NaOH等其他物質(zhì)，研究了它們在水線中的擴(kuò)散、聚集等現(xiàn)象。
圖2 全液體系統(tǒng)（a.不同直徑的水線；b.40cm長的水螺旋線；c. S形結(jié)構(gòu)；d.分叉結(jié)構(gòu)；e.一個氣泡從螺旋中穿過；f. 2厘米長的水螺旋；g.高度分支的結(jié)構(gòu)）
研究人員表示，這種全液體系統(tǒng)（all-liquid systems）是一類新的自適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)，全液體的結(jié)構(gòu)使其對于內(nèi)部及外部環(huán)境變化具有獨(dú)特的相應(yīng)特征。未來該技術(shù)可應(yīng)用于細(xì)胞封裝、化學(xué)合成反應(yīng)器以及液體電路等方面。