匯總：2020年40個(gè)3D打印學(xué)術(shù)科研突破，于Nature、Science及子刊

2020年12月3日，很快就過年了。今年3D打印依然大火，無論是產(chǎn)業(yè)界還是科研界。那么在科學(xué)研究上，有哪些突破性進(jìn)展呢？新的技術(shù)突破，往往孕育著新的市場(chǎng)應(yīng)用機(jī)會(huì)。南極熊希望下文可以幫助讀者從3D打印領(lǐng)域“掘金”。

《自然（nature）》雜志和《科學(xué)（science）》雜志是在學(xué)術(shù)界享有盛譽(yù)的國際綜合性科學(xué)周刊，發(fā)布的都是科學(xué)世界中的多次重大發(fā)現(xiàn)、重要突破和科研成果。而3D打印作為近些年的熱門技術(shù)，眾多研究團(tuán)隊(duì)在nature、science發(fā)表過非常多的科研成果（貌似從事3D打印技術(shù)發(fā)表頂級(jí)論文，存在很多的機(jī)會(huì)）。

之前，南極熊整理了在nature、science雜志上發(fā)表的部分3D打印技術(shù)論文。世界頂級(jí)學(xué)術(shù)雜志nature、science上的3D打印技術(shù)，接下來南極熊繼續(xù)整理2020年在nature、science雜志以及子刊上發(fā)表的關(guān)于3D打印技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用的論文。

nature 子刊：廈門大學(xué)利用增材制造制造磁共振探針頭
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143884

2020年11月29日，中國廈門大學(xué)的研究人員利用快速成型制造技術(shù)創(chuàng)造了更精確的磁共振系統(tǒng)。他們已將工作成果發(fā)表在科學(xué)界權(quán)威期刊《 nature communications 》雜志上。研究的重點(diǎn)是制造磁共振探針頭，這是一種用于醫(yī)學(xué)想象、生物材料檢測(cè)、空間成像和化學(xué)分析的非常難以制造的儀器。探頭依靠射頻線圈來返回顆粒細(xì)節(jié)。因此，生產(chǎn)這些線圈的精度會(huì)影響可能返回的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

△利用a熔融沉積建模(FDM)和b立體光刻外觀(SLA)技術(shù)，根據(jù)仿真設(shè)計(jì)逐層制作一個(gè)完整的探針頭(c)，d液態(tài)金屬通過注射孔灌注到模型中，形成射頻線圈，e射頻線圈通過兩根銅條與匹配電路連接，形成一個(gè)完整的探針。液態(tài)金屬通道的入口和出口用銀漿完全密封�？梢灾谱骱屠�用各種適合MR應(yīng)用的3D打印探針頭，包括f用于MR的U管鞍形探針頭(SAP)、U管Alderman-Grant探針頭(AGP)、反應(yīng)監(jiān)測(cè)探針頭(RMP)、電化學(xué)反應(yīng)監(jiān)測(cè)探針頭(ECP)、梯度探針頭(GP)，以及g用于MRI的改進(jìn)型螺線管成像探針頭(MSO)、改進(jìn)型Alderman-Grant成像探針頭(MAG)。

廈門大學(xué)的科學(xué)家們將增材制造與液態(tài)金屬注射成型結(jié)合起來使用。液態(tài)金屬被用來制造微米級(jí)的定制射頻線圈。這些線圈與定制的樣品室相輔相成。樣品室是一個(gè)中性空間，其中無線電頻率和磁能是一個(gè)已知的量，這使得儀器可以測(cè)量磁場(chǎng)中的扭曲。定制化的樣品室?guī)缀涡螤钤试S磁共振儀器針對(duì)不同的應(yīng)用進(jìn)行定制。這些傳感器件連接到射頻電路接口。儀器組件穩(wěn)定在一個(gè)單件3D打印的聚合物塊中。

Nature子刊：3D打印用于神經(jīng)肌肉接口的柔性電子植入器件
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143731
來自德國德累斯頓理工大學(xué)的Ivan R. Minev和俄羅斯圣彼得堡國立大學(xué)的Pavel Musienko的團(tuán)隊(duì)在Nature Biomedical Engineering雜志上發(fā)表了題為“Rapid prototyping of soft bioelectronic implants for use as neuromuscular interfaces”的文章，展示了一種利用軟復(fù)合材料制造生物電極陣列的技術(shù)，可以快速成型連接神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的軟電極植入物。

研究人員使用具有彈性和生物相容性的材料進(jìn)行多材料打印，制造電極陣列。通過擠壓、噴墨和等離子表面活化來處理不同性質(zhì)的材料，且電極數(shù)量和配置的可迭代設(shè)計(jì)保證了電極陣列的可定制性。

絕緣基體由具有剪切變稀效應(yīng)的硅膠擠出而成，控制電極陣列的整體幾何形狀、組織接觸位置和互連路徑�；�體處理后可通過噴墨打印沉積電氣導(dǎo)管。


《Nature》子刊：一種3D打印的高強(qiáng)度、抗缺陷高溫合金！
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143467

美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校的Tresa M. Pollock等研究者，報(bào)道了一類高強(qiáng)度、抗缺陷的3D打印高溫合金，成分主要是含有大約相等的Co和Ni，以及Al、Cr、Ta和W。在打印和后期加工時(shí)具有超過1.1 GPa的強(qiáng)度，在室溫下拉伸延性大于13%。相關(guān)論文以題為“A defect-resistant Co–Ni superalloy for 3D printing”發(fā)表在NatureCommunications上。

本文中，研究者提出了一種可以通過選擇性激光熔煉(SLM)和電子束熔煉(EBM)兩種制造途徑加工的CoNi-基高溫合金，盡管存在高體積分?jǐn)?shù)的理想“熔化”相γ′，但仍可產(chǎn)生無裂紋的部件。在凝固過程中，較低的溶質(zhì)偏析降低了裂紋敏感性，而一旦凝固完成，降低的液相γ′-“溶解”溫度減輕了開裂。室溫拉伸試驗(yàn)表明，與目前正在研究的其他鎳基高溫合金相比，CoNi-基高溫合金具有優(yōu)良的延性和強(qiáng)度組合。

Nature Communication：劍橋大學(xué)3D打印仿生珊瑚結(jié)構(gòu)培養(yǎng)藻類鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=140902

來自劍橋大學(xué)和加州大學(xué)圣地亞哥分校的聯(lián)合研究小組，制造了3D生物打印的模仿珊瑚結(jié)構(gòu)，能夠生長微觀藻類群落。 這項(xiàng)發(fā)表在《 Nature Communication》雜志上的研究，旨在提供一種最終減少溫室氣體排放并改善發(fā)展中國家用于生物制品的藻類種植的方法。

Nature子刊：?jiǎn)我旱芜B續(xù)光固化3D打印
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143305

中科院化學(xué)所的宋延林、吳磊研究了打印過程中三相接觸線（TCL）的后退現(xiàn)象，在nature communications上發(fā)表了題為"Continuous 3D printing from one single droplet"的研究成果，極大提高了光固化3D打印的材料利用率。

從界面的角度來看，基體的化學(xué)成分和表面粗糙度對(duì)三相接觸線(TCL)的動(dòng)態(tài)有很大的影響。根據(jù)對(duì)天然蓮花和豬籠草表面的觀察，表面的空氣或液體會(huì)大大降低界面在基底上的粘附，從而導(dǎo)致液滴的球形接觸或液體接觸這些表面時(shí)的滑動(dòng)現(xiàn)象。研究人員受這些現(xiàn)象的啟發(fā)，展示了一種從單個(gè)液滴中制造三維結(jié)構(gòu)的界面操作方法，具有較高的材料利用率。該系統(tǒng)采用低液體樹脂附著力和低固化樹脂附著力的固化界面，使3D打印過程具有可伸縮的三相接觸線。有效地減少了印刷過程中殘留樹脂的量，樹脂利用率顯著提高。此外，該工藝也防止了在高打印速度下高紫外線強(qiáng)度所造成的額外固化。

單液滴連續(xù)光固化打印主要可以分為四個(gè)步驟，（1）在輻照平面上滴一滴液態(tài)樹脂；（2）成型平面下降，接觸液滴；（3）通過將UV圖案連續(xù)投射到固化界面上并以恒定的速度提升成型面，液體樹脂可固化為顯示的UV圖案；（4）在印刷過程中，樹脂液滴的TCL隨著液體樹脂的消耗而下降。最后，將液滴固化成所需的3D固化結(jié)構(gòu)，且在基板上幾乎沒有殘留物。如Figure1 b-e所示，采用24mm長的固化圓柱形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，樹脂利用率為99.6%。由于液體樹脂與成型面之間的粘附作用，剩余0.4%的液體樹脂留在成型面上。

Nature 子刊：新型類器官打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)大尺寸組織構(gòu)建
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143180

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Matthias P. Lutolf課題組近期在Nature Materials發(fā)表“Recapitulating macro-scale tissue self-organization through organoidbioprinting”（該組剛發(fā)了一篇腸道類器官構(gòu)建的Nature）。介紹了一種新型類器官打印技術(shù)方法，該方法結(jié)合了類器官制造技術(shù)和生物3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并成功構(gòu)建了高度仿生的厘米尺度的組織，包括管狀結(jié)構(gòu)，分支血管和管狀小腸上皮體內(nèi)樣隱窩和絨毛域等，為藥物發(fā)現(xiàn)和再生醫(yī)學(xué)研究提供了新的技術(shù)手段。

研究者創(chuàng)新性的提出了BATE打印技術(shù)（termed bioprinting-assisted tissue emergence)，使用干細(xì)胞和類器官作為自發(fā)的自組織構(gòu)建單元，這些構(gòu)建單元可以在空間上排列以形成相互連接且不斷進(jìn)化的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

令人嘆服的是研究者逆天的動(dòng)手能力：將一個(gè)微擠出系統(tǒng)和顯微鏡（自帶三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)）相結(jié)合，構(gòu)建了一個(gè)自帶顯微圖像實(shí)時(shí)觀察的打印系統(tǒng)，并腦洞打開的提出了未來可基于自動(dòng)顯微鏡實(shí)現(xiàn)時(shí)空結(jié)合的生物3D打印，即打印第一種組織，并培養(yǎng)發(fā)育出一定的功能和形態(tài)后，再基于顯微成像，放回打印機(jī)在第一種組織周邊打印第二種組織，在空間和時(shí)間上都精準(zhǔn)控制組織的發(fā)育。

Nature子刊：Facebook開發(fā)3D打印虛擬現(xiàn)實(shí)手套
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143020

Facebook虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)宣布開發(fā)出3D打印的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）手套。這套設(shè)備是與康奈爾大學(xué)的研究人員一起開發(fā)的，具有柔軟的氣動(dòng)執(zhí)行器，可以 "測(cè)量局部力 "并為用戶提供 "觸覺反饋"。研究人員的研究結(jié)果在他們發(fā)表在《自然-通訊》雜志上的題為 "3D printable tough silicone double networks"的論文中進(jìn)行了詳細(xì)介紹。該報(bào)告由Thomas J. Wallin、Leif-Erik Simonsen、Wenyang Pan、Kaiyang Wang、Emmanuel Giannelis、Robert F. Shepherd和Yiğit Mengüç共同撰寫。

為了創(chuàng)建他們的新材料，研究人員使用了一種硫醇烯有機(jī)硅配方作為基礎(chǔ)，因?yàn)樗�具有低粘度、快速凝膠化和高反應(yīng)轉(zhuǎn)化的品質(zhì)。相比之下，DN中的次要聚合物需要形成自己獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)，因此團(tuán)隊(duì)使用了Mold Max系列樹脂，因?yàn)樗鼈児逃械捻g性和剛性。

兩階段的組合過程中，橡膠依次形成了光固化的硫醇烯有機(jī)硅和機(jī)械堅(jiān)固的冷凝固化有機(jī)硅。隨后的紅外光譜測(cè)試表明，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以調(diào)整樹脂的打印性和機(jī)械性能。

利用四種不同的錫基橡膠材料，該團(tuán)隊(duì)隨后嘗試改變其DN中的基礎(chǔ)材料，以調(diào)整其機(jī)械特性。

《Nature》：實(shí)現(xiàn)“不可能”！3D打印微型二氧化硅氣凝膠
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=142988

近日，瑞士聯(lián)邦材料實(shí)驗(yàn)室的趙善宇研究員、Wim J. Malfait研究員合作利用3D打印技術(shù)將二氧化硅氣凝膠顆粒與二氧化硅溶膠結(jié)合，首次成功制備出微型二氧化硅氣凝膠。該氣凝膠只含二氧化硅，且比表面積高達(dá)751 m2/g，熱導(dǎo)率僅為15.9 mW/(m·K)。該研究以題為“Additive manufacturing of silica aerogels”發(fā)表在《Nature》上。

二氧化硅氣凝膠具有極低的熱導(dǎo)率和其獨(dú)特的開孔結(jié)構(gòu)，在隔熱、催化、物理、環(huán)境修復(fù)、光學(xué)設(shè)備和超高速粒子捕獲等方面有著廣泛的應(yīng)用。它的一個(gè)主要缺點(diǎn)是較脆。雖然在一些體積較大的應(yīng)用如建筑隔熱設(shè)計(jì)方面，可以利用纖維增強(qiáng)或者膠黏劑的方法解決較脆的問題。但是，在制備小型二氧化硅氣凝膠時(shí)仍然受到限制。增材制造為小型化提供了思路，但一直被認(rèn)為不適用于制備二氧化硅氣凝膠。

Nature子刊：近紅外光交聯(lián)水凝膠用于活體生物3D打印
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=142340

來自意大利帕多瓦大學(xué)的Nicola Elvassore團(tuán)隊(duì)在Nature Biomedical engineering上發(fā)表題為“Intravital three-dimensional bioprinting”文章，提出了一種活體生物3D打印方法。他們開發(fā)的光敏水凝膠HCC通過生物正交雙光子環(huán)加成法，可以在大于850nm的波長下交聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)在活小鼠的組織內(nèi)制造復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)。

該研究證實(shí)了近紅外光激發(fā)下進(jìn)行活體生物3D打印的可行性。這種活體3D生物打印不會(huì)對(duì)生物組織造成傷害且具有非常高的組織穿透能力，可以利用常用的多光子顯微鏡對(duì)生物打印結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確定位和定位，使活鼠組織內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)得以制造，包括真皮、骨骼肌和大腦。

Nature子刊：金屬3D打印催化劑/反應(yīng)器一體化系統(tǒng)
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=142764

2020年8月17日，《nature communications》雜志上發(fā)表了一篇論文“Metal 3D printing technology for functional integration of catalytic system”，研究了金屬3D打印產(chǎn)品本身可以同時(shí)作為化學(xué)反應(yīng)器和催化劑（稱為自催化）。Fe-SCR和Co-SCR成功地催化了Fischer-Tropsch合成的液體燃料和CO2加氫；Ni-SCR通過CO2重整CH4有效地生產(chǎn)合成氣（CO/H2）。此外，Co-SCR的幾何研究表明，金屬3D打印本身可以建立多種控制功能來調(diào)整催化產(chǎn)物的分布。本項(xiàng)研究提供了一種簡(jiǎn)單、低成本的制造方法，實(shí)現(xiàn)了催化劑和反應(yīng)器的功能集成，將促進(jìn)化學(xué)合成和3D打印技術(shù)的發(fā)展。

催化劑和反應(yīng)器是傳統(tǒng)催化系統(tǒng)的兩個(gè)基本要素。催化劑可以改變反應(yīng)途徑，提高反應(yīng)效率，或選擇性地生產(chǎn)目標(biāo)化學(xué)品。反應(yīng)器具有為各種催化反應(yīng)提供適宜環(huán)境的重要功能。雖然這兩個(gè)基本要素已經(jīng)發(fā)展了這么多年，但它們的研究重點(diǎn)卻截然不同。催化劑的研究主要集中在制備方法、反應(yīng)機(jī)理、結(jié)構(gòu)表征、催化劑性能等方面。而反應(yīng)器的研究則主要集中在更新反應(yīng)器類型和功能、提高傳熱傳質(zhì)、降低壓降等方面。到目前為止，催化劑和反應(yīng)器的研究仍然是兩個(gè)不同的方向，很少有研究成功地將催化劑和反應(yīng)器進(jìn)行功能集成，從而有效地控制化學(xué)反應(yīng)。因此，在未來的催化體系中，亟需發(fā)展它們的功能集成和協(xié)同作用，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的化學(xué)合成。

Nature Communications：利用三維立體光刻技術(shù)構(gòu)建具有非均質(zhì)微機(jī)械環(huán)境的三維生物支架
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=141758

美國科羅拉多大學(xué)機(jī)械工程系Xiaobo Yin教授團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上發(fā)表了題為Orthogonal programming of heterogeneous micro-mechano-environmentsand geometries in three-dimensional bio-stereolithography的研究論文。該論文通過應(yīng)用三維立體光刻技術(shù)（DLP打印技術(shù)）對(duì)水凝膠材料進(jìn)行具有機(jī)械異質(zhì)性三維支架的打印研究，成功構(gòu)建了具有不同剛度的水凝膠支架，為體外機(jī)械異質(zhì)三維組織的制造開辟了新的途徑。

在DLP打印技術(shù)中，水凝膠材料在光源的照射下進(jìn)行交聯(lián)，從而形成具有一定形狀的凝膠結(jié)構(gòu)，其中曝光劑量（曝光強(qiáng)度和曝光時(shí)間）是非常重要的工藝參數(shù)，它直接影響了水凝膠的交聯(lián)密度和每層固化厚度，大劑量的曝光（過大的曝光強(qiáng)度或者過長的曝光時(shí)間）在提高水凝膠交聯(lián)密度的同時(shí)，也會(huì)大大增加固化厚度使得打印精度十分低下。而在光照交聯(lián)的過程中，氧氣（O2）的存在會(huì)形成氧抑制區(qū)域，影響最后的打印結(jié)果。但在該研究中，他們發(fā)現(xiàn)控制一定程度的氧抑制層的存在，可以使得每層的固化厚度對(duì)曝光劑量不敏感，但是卻可以很好地調(diào)節(jié)局部的交聯(lián)密度，從而來構(gòu)建局部不同的機(jī)械剛度。

《Nature》：受制造刀劍的頂級(jí)用鋼的啟發(fā)采用3D打印制造新型鋼材
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=142118

來自馬普研究所的人利用激光增材制造技術(shù)來制備Fe-Ni-Ti合金，并通過開發(fā)出相應(yīng)地快速淬火和用于DED的固有熱處理技術(shù)，成功制備出強(qiáng)度為1.3GPa、延伸率為10%的新型鋼材，這一結(jié)果發(fā)表在近日出版的《Nature》上�，F(xiàn)在光不語帶領(lǐng)大家一睹為快。

激光增材制造（LAM）在采用CAD文件進(jìn)行制造復(fù)雜、三維的金屬制品上是非常有吸引力的新型的制造技術(shù)。該技術(shù)采用數(shù)字化的技術(shù)，通過控制冷卻速率和循環(huán)加熱來控制工藝參數(shù)和顯微組織使得控制更加容易。作者最近也報(bào)道了采用循環(huán)加熱技術(shù)，又叫固有熱處理技術(shù)，可以促進(jìn)Ni-Al析出相在LAM制造時(shí)實(shí)現(xiàn)原位析出。在這里，來自馬普研究所的研究人員報(bào)道了采用LAM技術(shù)對(duì)Fe19Ni5Ti（質(zhì)量百分比）合金進(jìn)行原位定制的研究結(jié)果。這種鋼通過Ni-Ti納米析出相的原位硬化、原位馬氏體的形成來實(shí)現(xiàn)的，處理溫度為極易實(shí)現(xiàn)的200攝氏度。通過在LAM過程中對(duì)納米析出相和馬氏體相變的局部控制來形成復(fù)雜層級(jí)的顯微組織，通過多尺度來實(shí)現(xiàn)。從大約100納米厚的層厚到納米尺度的析出。受到古代大馬士革鋼的啟發(fā)（一種古代制作刀劍的頂級(jí)用鋼，在國外稱之為大馬士革鋼），由軟硬交互層組成，該鋼在古代是由有經(jīng)驗(yàn)的鐵匠采用折疊鍛造的方法來實(shí)現(xiàn)的。我們也采用LAM技術(shù)制造出軟硬交替的層。此次制造的材料其拉伸強(qiáng)度達(dá)到了1.3GPa、延伸率達(dá)到10%，其優(yōu)異的機(jī)械性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的大馬士革鋼。其原位析出強(qiáng)化的機(jī)制和局部顯微組織，控制的原理還可以廣泛地應(yīng)用析出強(qiáng)化合金和不同的增材制造工藝。

Nature Communications ：華南理工大學(xué)研發(fā)出3D打印水凝膠支架修復(fù)“小弟弟”，成功恢復(fù)雄兔生殖能力！
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=141691

華南理工大學(xué)施雪濤教授和美國俄克拉荷馬大學(xué)毛傳斌教授構(gòu)建了一種表面有肝素涂層的3D打印水凝膠支架，并向其中植入了缺氧誘導(dǎo)因子（HIF-1α）突變的肌源性干細(xì)胞（MDSCs），以制備生物工程血管化海綿體。將這種水凝膠支架植入海綿體缺損的兔模型中，顯示出良好的生物相容性，無免疫排斥反應(yīng)，支持血管組織向內(nèi)生長并促進(jìn)新血管生成以修復(fù)缺陷。對(duì)修復(fù)后海綿體組織的形態(tài)、海綿體內(nèi)壓力、彈性和收縮性的評(píng)價(jià)證明3D打印水凝膠支架不僅成功修復(fù)了陰莖缺損并恢復(fù)了陰莖勃起和射精功能，恢復(fù)了受傷雄兔的生殖能力。

《Nature》子刊：3D打印鏡頭可實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離光譜分析
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=141386

2020年5月15日，波蘭華沙大學(xué)的研究人員利用激光直接書寫（DLW）3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)出了微米大小的鏡片。這種3D打印的透鏡可以在各種材料上制作，包括易碎的石墨烯類材料。物理系的研究團(tuán)隊(duì)解釋說，這種透鏡可以取代之前需要的笨重的顯微鏡物鏡，而這些物鏡是執(zhí)行單個(gè)納米大小的發(fā)光體（如量子點(diǎn)或原子薄的2D材料）的光譜測(cè)量所需的。

此外，這些笨重的顯微鏡必須放置在離待分析樣品約十分之一英寸的距離，這可能會(huì)對(duì)許多類型的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)造成限制。研究人員表示，使用3D打印的鏡頭，可以將鏡頭正面與樣品表面之間的工作距離增加了兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。這有可能為大類光學(xué)實(shí)驗(yàn)開辟了新的前景。


Nature:靜電噴流偏轉(zhuǎn)3D打印亞微米級(jí)結(jié)構(gòu)，速度快1千到1萬倍
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=141231

2020年2月，西班牙的研究人員利用靜電噴流偏轉(zhuǎn)技術(shù)設(shè)計(jì)出了一種具有亞微米級(jí)特征的超快3D打印方法。在詳細(xì)介紹這項(xiàng)新技術(shù)的論文中，作者解釋說，他們創(chuàng)建靜電射流偏轉(zhuǎn)方法是為了克服現(xiàn)有快速成型制造技術(shù)在生產(chǎn)速度方面的限制。從他們的測(cè)試中，研究人員發(fā)現(xiàn)，靜電射流偏轉(zhuǎn)法可以通過將納米纖維以高達(dá)2000赫茲的逐層頻率堆疊在一起，實(shí)現(xiàn)3D打印出具有亞微米級(jí)特征的物體。

所達(dá)到的噴射速度和逐層頻率相當(dāng)于在平面方向上的打印速度高達(dá)0.5 m每秒，垂直方向上的打印速度為0.4 mm每秒，研究人員稱，這比同等精度特征尺寸的技術(shù) "快三到四個(gè)數(shù)量級(jí)"。


《Nature》子刊：MIT工程師使用導(dǎo)電聚合物3D打印柔性腦部植入物
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=140977

2020年4月22日，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員和工程師正在利用3D打印技術(shù)開發(fā)柔軟、靈活的大腦電極，而所使用的材料是一種導(dǎo)電聚合物液體材料。在對(duì)導(dǎo)電聚合物3D打印的研究中，麻省理工學(xué)院的工程師們正致力于開發(fā)出符合大腦輪廓的軟性神經(jīng)植入物，并在不傷害周圍組織的情況下，對(duì)活動(dòng)進(jìn)行較長時(shí)間的監(jiān)測(cè)。

通常情況下，腦部植入物由金屬材料制成，但是金屬會(huì)引起炎癥和疤痕組織的堆積。而使用3D打印的柔性聚合物電子器件，有可能為現(xiàn)有的金屬電極提供一種更柔軟、更安全、更快速的替代方案，用于監(jiān)測(cè)大腦活動(dòng)。因此，這項(xiàng)研究也可能有助于開發(fā)刺激神經(jīng)區(qū)域的大腦植入物，以緩解癲癇、帕金森氏癥和嚴(yán)重抑郁癥的癥狀。

在該論文中，研究人員介紹了一種基于聚（3，4-乙二氧基噻吩）聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）的可3D打印導(dǎo)電聚合物墨水溶液。通常是一種類似液體的導(dǎo)電聚合物溶液，它含有納米纖維，提供了該材料的導(dǎo)電性能。麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)將這種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一種更接近于 "粘性牙膏 "的材料，以使其可3D打印，同時(shí)仍保留了材料固有的導(dǎo)電性。

使PEDOT:PSS溶液與3D打印兼容的過程包括將材料凍干，去除液體，并留下干燥的納米纖維基體。然后將這些納米纖維與他們之前開發(fā)的水和有機(jī)溶劑的溶液混合，形成嵌入納米纖維的水凝膠。通過對(duì)不同的水凝膠形態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在5%到8%(按重量計(jì)算)之間的納米纖維產(chǎn)生了一種類似牙膏的材料，這種材料既具有導(dǎo)電性，又適合送入3D打印機(jī)。

Nature子刊 |“聚合物刷超表面光刻”技術(shù)， 納米級(jí)4D打印時(shí)代未來可期！
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=140424

美國紐約市立大學(xué)的Adam B. Braunschweig（通訊作者）團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種“聚合物刷超表面光刻”技術(shù)，其可以獨(dú)立控制圖案中每個(gè)像素的單體組成和特征高度，并且像素邊緣長度約為5 μm，同時(shí)避免了對(duì)昂貴光掩模的需求。將這些圖案稱為超曲面，借用從同名的數(shù)學(xué)概念來表示該圖案，在該模式中，每個(gè)像素有三個(gè)以上的屬性可以獨(dú)立控制（即用x和y位置表示聚合物高度和化學(xué)成分）。因?yàn)樗木S（4D）打印已被用來表示對(duì)象的加性制造，且這些對(duì)象的形狀隨著外部刺激而隨時(shí)間改變。為了創(chuàng)建這些超表面，作者集成了數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD）、微流控技術(shù)和安裝在壓電平臺(tái)上的無氧反應(yīng)室。

基于DMD的打印機(jī)已與微流體技術(shù)相結(jié)合，用于寡核苷酸和寡肽微陣列的制造，并可以制備用于組織工程的支架。該打印機(jī)是基于TERA-Print E系列儀器構(gòu)建的，其可協(xié)調(diào)DMD（1024×768個(gè)獨(dú)立可控反射鏡）、光源（405 nm LED，32 mW cm-2）和帶有CPU接口的壓電平臺(tái)以投射圖案從上載的圖像文件中獲取的圖像。惰性氣氛腔室由一個(gè)密封的聚苯乙烯電池、一個(gè)玻璃窗（將光從DMD傳遞到表面）以及用于將單體溶液引入反應(yīng)性底物的管子的入口和出口孔組成。功能化基材上的另一塊玻璃板形成50 μL反應(yīng)池，其中溶液通過毛細(xì)作用力被吸到表面上。由單體、溶劑和光敏劑組成的反應(yīng)溶液通過注射泵控制反應(yīng)池內(nèi)的流量引入和退出。此外，可以在上游并入微流體混沌混合器以混合不同比例的組分。該研究成果以題為“Polymer brush hypersurface photolithography”發(fā)布在國際著名期刊Nature Communications上。

nature子刊：氧化石墨烯與蛋白質(zhì)3D打印出復(fù)雜血管組織
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=140176

2020年3月5日，近日《Nature Communications》上發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于3D打印的最新研究，詳細(xì)介紹了氧化石墨烯與一種蛋白質(zhì)的3D打印，可以組織成復(fù)雜的血管組織。這項(xiàng)研究由諾丁漢大學(xué)和倫敦瑪麗皇后大學(xué)的Alvaro Mata教授領(lǐng)導(dǎo)。

Mata教授解釋說：“通過從納米級(jí)開始有序地進(jìn)行合成，生物成分的自上而下的3D打印以及自下而上的自組裝，為生物制造提供了機(jī)會(huì)。 在這里，我們正在制造與細(xì)胞兼容的微尺度毛細(xì)管狀流體結(jié)構(gòu)，具有生理相關(guān)的特性，并具有流動(dòng)的能力�！�

Mata補(bǔ)充說：“這可以使實(shí)驗(yàn)室中的脈管系統(tǒng)恢復(fù)活力，并對(duì)開發(fā)更安全，更有效的藥物產(chǎn)生影響，這意味著治療方法有可能更快地到達(dá)患者手中。”

Nature子刊：生物3D打印向臨床轉(zhuǎn)化的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=140033

目前，3D打印的手術(shù)導(dǎo)板、骨植入物、頜面部植入物和一些無生物活性的醫(yī)療器械在醫(yī)院屢見不鮮，但是3D打印的活細(xì)胞支架應(yīng)用到臨床依然面臨巨大的挑戰(zhàn)。近期，維克森林醫(yī)學(xué)院的Anthony Atalat教授在Nature Biomedical Engineering上發(fā)表了題為“Opportunities and challenges of translational 3D bioprinting”的Perspective論文，系統(tǒng)地分析了生物3D打印技術(shù)向臨床轉(zhuǎn)化所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

首先，介紹了生物打印技術(shù)在軟骨、骨、和皮膚應(yīng)用上的臨床進(jìn)展：

• 軟骨
  

目前打印的軟骨組織在植入體內(nèi)后具有組織學(xué)和力學(xué)性能（圖1a）。未來為了更好地實(shí)現(xiàn)軟骨組織的生理功能，需要重點(diǎn)突破生長因子、機(jī)械性能和干細(xì)胞的梯度打印。

• 骨
  

目前主要利用生物打印技術(shù)誘導(dǎo)骨愈合（圖1b），而大段缺損還需要結(jié)合非打印的傳統(tǒng)產(chǎn)品來修復(fù)。此外，生物打印也很難制造兼顧形態(tài)和功能的骨組織。

• 皮膚
  

目前主要利用原位生物打印技術(shù)，對(duì)細(xì)胞和材料進(jìn)行精確的控制，實(shí)現(xiàn)原位皮膚修復(fù)（圖1c、d），但是現(xiàn)有的技術(shù)仍不能完全模擬皮膚的形態(tài)、理化和生理特性，包括促進(jìn)、調(diào)節(jié)毛囊的正常發(fā)育，色素沉著，表皮的形成和成熟。

《Nature》子刊：100納米精度結(jié)構(gòu)1秒打印2000層，靜電射流偏轉(zhuǎn)3D打印技術(shù)
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=139925

2020年2月19日，南極熊看到《Nature》子刊《Nature Communications》發(fā)表了一篇論文，介紹了一種 稱為"靜電射流偏轉(zhuǎn)" 技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以噴射出出亞微米級(jí)的射流，噴射速度可以達(dá)到1m/s（普通FDM 3D打印機(jī)的噴出材料的速度在50-150mm/s）。

那么如此快速的噴射亞微米射流，怎樣才能按照控制預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行層層堆疊呢？研究人員在噴嘴周圍加上了電場(chǎng)，通過控制電極上的電壓，使射流產(chǎn)生靜電偏轉(zhuǎn)。通過高達(dá)2000 Hz的電場(chǎng)頻率，控制納米絲材按照規(guī)律層層堆疊來打印3D對(duì)象，噴射連續(xù)調(diào)節(jié)的加速度可以達(dá)到100萬m/s2。最終這項(xiàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)的平面內(nèi)打印速度高達(dá)0.5m/s，垂直方向的打印速度可以達(dá)到0.4mm/s。

Nature子刊：光固化絲素蛋白墨水生物3D打印
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=139877

韓國哈林大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Chan Hum Park和美國威克森林醫(yī)學(xué)院的Sang Jin Lee團(tuán)隊(duì)首次合成了一種光固化生物墨水材料:甲基丙烯酸縮水甘油酯改性絲素蛋白（Sil-MA）。研究發(fā)現(xiàn)，Sil-MA具有優(yōu)秀的載細(xì)胞DLP打印性能、良好的成軟骨能力及與天然軟骨相匹配的機(jī)械性能。相應(yīng)研究成果分別發(fā)表于期刊Nature Communications和Biomaterials上。

清華大學(xué)《Science》論文：金屬3D打印致命氣孔產(chǎn)生原因找到了！
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143900

2020年11月27日，清華大學(xué)機(jī)械工程系助理教授趙滄與卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和弗吉尼亞大學(xué)的學(xué)者合作發(fā)布了關(guān)于金屬激光3D打印的最新成果。該項(xiàng)研究起于宏觀工藝，立于微觀細(xì)節(jié)。宏觀層面上，在激光功率-掃描速率空間中，匙孔氣泡缺陷區(qū)域的邊界清晰而平滑，且受金屬粉末加入的影響甚微。在微觀層面上，這些氣泡缺陷的形成與匙孔根部的臨界失穩(wěn)有關(guān)；后者可以在熔池中釋放出聲波（沖擊波），進(jìn)而驅(qū)動(dòng)氣泡快速遠(yuǎn)離匙孔、并被凝固前端捕捉。

關(guān)于匙孔氣泡區(qū)邊界和氣泡缺陷起源的藝術(shù)插圖。左側(cè)，在激光功率-掃描速率空間中，匙孔氣泡區(qū)邊界清晰而平滑。右側(cè)，在該邊界附近，匙孔根部的臨界失穩(wěn)釋放出聲波（沖擊波），進(jìn)而驅(qū)動(dòng)氣泡快速遠(yuǎn)離匙孔。當(dāng)氣泡被凝固前端捕捉，便成了缺陷。

Science Advances：互補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)生物墨水用于擴(kuò)展和優(yōu)化生物3D打印能力
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143733

倫敦帝國理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所的Molly M. Stevens團(tuán)隊(duì)，在Science Advances發(fā)表的“Expandingand optimizing 3D bioprinting capabilities using complementary network bioinks”一文中，研究人員通過使用互補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)生物墨水實(shí)現(xiàn)了生物3D打印過程中成型性和生物相容性之間更好地兼容。該研究中所用的生物墨水同時(shí)具有溫敏性及光敏性，它們通過互補(bǔ)的凝膠機(jī)制來調(diào)節(jié)打印過程的不同階段。

在該研究中，研究人員通過篩選合適濃度的水凝膠剛度以實(shí)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞的3D打印及培養(yǎng)，并進(jìn)行了互補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)生物墨水應(yīng)用于組織工程的探索，且最終滿足細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程的生物學(xué)需求。

Science Advances：上轉(zhuǎn)換納米引發(fā)劑實(shí)現(xiàn)皮下原位光固化3D打印
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=141673
四川大學(xué)的茍馬玲研究員、錢志勇教授和魏霞蔚教授團(tuán)隊(duì)通過藍(lán)光引發(fā)劑LAP包裹上轉(zhuǎn)換納米粒子制備了核-殼結(jié)構(gòu)納米光引發(fā)劑（UCNP@LAP）。依托該光引發(fā)劑開創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)了皮下原位DLP打印。相關(guān)研究論文：Noninvasive in vivo 3Dbioprinting發(fā)表于雜志Science Advances上。

上轉(zhuǎn)換材料是一種能實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的材料。所謂上轉(zhuǎn)換發(fā)光，指的是材料受到低能量的光激發(fā)，發(fā)射出高能量的光，即將吸收的長波長、低頻率光轉(zhuǎn)換為短波長、高頻率光。

上轉(zhuǎn)換材料由無機(jī)基質(zhì)及鑲嵌在其中的稀土摻雜離子組成，通過調(diào)節(jié)無機(jī)基質(zhì)及摻雜稀土離子組成、比例可將近紅外激發(fā)光轉(zhuǎn)化為紫外或可見光。

Scientific Reports：大阪大學(xué)3D打印有血管網(wǎng)絡(luò)的心臟組織
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=140928

日本大阪大學(xué)的研究人員最近發(fā)表了一篇論文‘Vascularized cardiac tissue construction with orientation by layer-by-layer method and 3D printer.’，介紹了他們?cè)谘�管化心臟構(gòu)造方面進(jìn)行生物3D打印實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)。論文的作者是Yoshinari Tsukamoto，Takami Akagi和Mitsuru Akashi，發(fā)表在《Scientific Reports》雜志上。

隨著組織工程在全球?qū)嶒?yàn)室中的不斷發(fā)展，離3D打印人體器官的目標(biāo)越來越近。 盡管對(duì)于許多科學(xué)家來說，這種進(jìn)展似乎遙不可及，但新研究中3D組織的制造仍在繼續(xù)快速發(fā)展。 在本項(xiàng)研究中，作者進(jìn)一步完善了心臟組織工程學(xué)。



劍橋大學(xué)Science子刊：組合3D打印微納纖維作為呼吸傳感器
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143429

2020年初，全球集中爆發(fā)了新型冠狀病毒、流行性感冒等急性呼吸道疾病。在此背景下，對(duì)于普通民眾有關(guān)口罩種類選擇和正確佩戴的指導(dǎo)可以幫助減輕疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn)。基于此，英國劍橋大學(xué)黃艷燕教授Biointerface課題組研發(fā)了一種組合3D打印的微小透明導(dǎo)電纖維，該纖維可以制作成低成本和可穿戴便攜式呼吸濕度傳感器，傳感器可以靈敏的檢測(cè)人們佩戴不同種類口罩時(shí)呼吸氣體的擴(kuò)散情況。

相關(guān)研究成果于9月30日以“Inflight fiber printing toward array and 3D optoelectronic and sensing architectures”為題發(fā)表于Science旗艦子刊Science Advances，論文第一作者為課題組博士生王文宇。同時(shí)，這項(xiàng)研究成果也登上了劍橋大學(xué)主頁9月30日的熱點(diǎn)新聞。


研究團(tuán)隊(duì)通過組合3D打印制備了復(fù)合維納纖維，這種復(fù)合纖維具有雙層結(jié)構(gòu)、高純度導(dǎo)電內(nèi)芯可由金屬（銀）或?qū)щ姼叻肿樱≒EDOT:PSS）制成，外層是保護(hù)性聚合物包裹，類似于普通電線的雙層結(jié)構(gòu)，但直徑只有1-3微米。該纖維在打印出的同時(shí)就可以很好的集成到電路中，在不需要任何后期處理的情況下可以實(shí)現(xiàn)極低的接觸電阻。

《Science Advances》3D打印無溶劑超軟彈性體
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143763

加州大學(xué)圣巴巴拉分校華人學(xué)者Renxuan Xie和Sanjoy Mukherjee教授團(tuán)隊(duì)介紹一種設(shè)計(jì)概念，該概念使得能夠在室溫下對(duì)超軟且無溶劑的洗瓶刷彈性體進(jìn)行3D打印。關(guān)鍵的進(jìn)展是一類包含統(tǒng)計(jì)性刷式聚合物的油墨，這些聚合物會(huì)自組裝成有序的以人體為中心的立方球體相。這些軟固體在20°C時(shí)會(huì)響應(yīng)剪切作用而產(chǎn)生急劇且可逆的屈服，其屈服應(yīng)力可以通過控制微相分離的長度尺度進(jìn)行調(diào)整。

可溶性光交聯(lián)劑的加入可以使擠出后的紫外線完全固化，從而形成超軟彈性體，具有接近完美的可恢復(fù)彈性，遠(yuǎn)超過屈服應(yīng)變。這些結(jié)構(gòu)屬性設(shè)計(jì)規(guī)則創(chuàng)造了令人興奮的機(jī)會(huì)，以當(dāng)前材料和工藝無法實(shí)現(xiàn)的方式定制3D打印彈性體的性能。


Engineering：適用于生物植入物的2D/3D/4D增材制造材料
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143708


著名學(xué)術(shù)雜志《Engineering》上刊登了一篇香港城市大學(xué)研究人員發(fā)表的綜述文章，“Development of Bioimplants with 2D, 3D, and 4D Additive Manufacturing Materials（可用于生物植入物開發(fā)的2D/3D/4D增材制造材料）”。

在過去的30年中，增材制造（AM）發(fā)展迅速，并在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中顯示出巨大的潛力。AM是一種面向材料的制造技術(shù)，因?yàn)椴牧瞎袒瘷C(jī)制，打印結(jié)構(gòu)精度，后處理過程和功能應(yīng)用均是基于打印材料的。但是，用于制造生物植入物的三維（3D）可打印材料仍然非常有限。在這項(xiàng)工作中，對(duì)用于生物植入物的2D/3D AM材料進(jìn)行了調(diào)研。此外，在呂堅(jiān)教授課題組先前開發(fā)的4D打印陶瓷前驅(qū)體及陶瓷材料的基礎(chǔ)上，本文提出了軟硬集成4D增材制造概念，并對(duì)其在人體系統(tǒng)中復(fù)雜而動(dòng)態(tài)的生物結(jié)構(gòu)上的潛在應(yīng)用做了展望。隨著多材料打印技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)期會(huì)有更多工作使用2D/3D/4D AM材料開發(fā)生物植入物和軟硬集成生物結(jié)構(gòu)。

Science子刊：受蜘蛛網(wǎng)啟發(fā)，研究人員開發(fā)出3D打印的防震材料
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143827

蒙特利爾理工大學(xué)機(jī)械工程系的研究人員，使用3D打印設(shè)計(jì)了一種織物，最多可吸收96％的沖擊力而不會(huì)破裂。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)是從蜘蛛網(wǎng)的自然特性中汲取了靈感，通過加熱聚碳酸酯（PC）制成膠粘劑，為易碎設(shè)備制造了耐用的3D打印覆蓋物。選擇PC材料是因?yàn)樗�在通過熔融絲材制造（FFF）3D打印機(jī)擠出時(shí)粘度低。將來，這種3D打印材料可以用于制造防彈玻璃，甚至可以應(yīng)用于航空領(lǐng)域，作為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)涂層。


Science子刊：溫州大學(xué)：首次實(shí)現(xiàn)電弧3D打印高熵合金，強(qiáng)度塑性都高
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143903
州大學(xué)陳希章教授團(tuán)隊(duì)首次突破了多股絲材增材制造高熵合金制造技術(shù)，為大尺寸和復(fù)雜形狀高熵合金材料及產(chǎn)品的制造提供了一種有前景的制造方法，制造的Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金綜合性能優(yōu)異，強(qiáng)度2.8GPa且塑性42%！

增材制造（AM）是一種非常有前途的制造方法，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。當(dāng)前，通過AM方法制備高熵合金（HEA）的研究已被廣泛報(bào)道。粉末的使用受到沉積效率限制，并且粉末不能打印大型零件。線材增材制造具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但由于HEA焊絲的生產(chǎn)需要將原料金屬熔煉然后進(jìn)行拉拔等工藝，因此至今尚未用于高熵合金的制造，成本很高，而且需要很長時(shí)間。此外，一些高熵合金具有很高的強(qiáng)度和脆性，很難制造金屬絲。

為此，溫州大學(xué)陳希章等人首次設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種新型的具有多種元素組成的復(fù)合絲材（CCW），可以用于非等原子Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金電弧增材制造（AAM）。由7個(gè)細(xì)絲和5個(gè)元素組成的CCW具有高沉積效率、焊接電弧自旋轉(zhuǎn)和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。制造的Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金達(dá)到強(qiáng)度2.8GPa和塑性42%的優(yōu)異結(jié)合。相關(guān)論文發(fā)表在Journal of Materials Science& Technology。



Science子刊：明尼蘇達(dá)大學(xué)完成3D打印心臟瓣膜模型，模擬患者真實(shí)感受
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=142949

美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員在美敦力公司的支持下，開發(fā)了一種突破性的工藝，將心臟主動(dòng)脈瓣和周圍結(jié)構(gòu)的逼真模型進(jìn)行多材質(zhì)3D打印，模擬患者的真實(shí)外觀和感受，有助于改善患者的預(yù)后。該研究于8月28日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志，題為“3D printed patient-specific aortic root models with internal sensors for minimally invasive applications”。

這些患者特定的器官模型，包括集成到結(jié)構(gòu)中的3D打印軟傳感器陣列，是使用專門的墨水和定制的3D打印工藝制造的。
研究人員3D打印了主動(dòng)脈根部，主動(dòng)脈根部是離心臟最近并與心臟相連的部分，由主動(dòng)脈瓣和冠狀動(dòng)脈開口組成，具有三個(gè)瓣膜，稱為小葉，被纖維環(huán)包圍。該模型還包括左心室肌肉和升主動(dòng)脈的一部分。

《Science Advances》：仿松針多級(jí)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)超疏水表面多尺度液滴定向輸運(yùn)
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=142371

大連理工大學(xué)馮詩樂副教授，受松針表面多級(jí)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)啟發(fā)，使用深圳摩方材料科技有限公司PμSL 3D打印技術(shù)（nanoArch® S140），制備了仿松針多級(jí)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)表面，實(shí)現(xiàn)了快速、長程的液滴自發(fā)定向輸運(yùn)。該研究以“Tip-inducedflipping of droplets on Janus pillars: from local reconfiguration to globaltransport”為題發(fā)表在國際頂級(jí)期刊《ScienceAdvances》上，為液滴的定向輸運(yùn)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路。論文第一作者為大連理工大學(xué)馮詩樂副教授，通訊作者為香港城市大學(xué)王鉆開教授和巴黎高等物理化工學(xué)院David Quéré教授。

《Science》頭條：3D打印制備出結(jié)構(gòu)色可調(diào)的瓶刷嵌段共聚物光子晶體
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=141953

伊利諾伊大學(xué)香檳分校的Ying Diao教授在《Science Advances》上發(fā)表了題為“Tunable structural color of bottlebrush block copolymers through direct-write 3D printing from solution”的文章，將非平衡自組裝與直寫3D打印技術(shù)結(jié)合，制備了結(jié)構(gòu)色可調(diào)的瓶刷嵌段共聚物光子晶體。在打印單一油墨溶液時(shí)，改變沉積條件后，BBCP PC的峰值反射波長跨度為403到626 nm(藍(lán)到紅)，對(duì)應(yīng)于>70 nm 疇間距變化(Bragg- Snell方程)。這是由于聚合物構(gòu)象的調(diào)制，導(dǎo)致了層狀疇間距的變化。

Ying Diao教授認(rèn)為，在用于生產(chǎn)環(huán)保涂料和高選擇性光學(xué)濾光片等產(chǎn)品的聚合物中重現(xiàn)結(jié)構(gòu)色是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。聚合物合成和加工需要精確控制，才能形成超薄有序的層，產(chǎn)生我們?cè)谧匀唤缰锌吹降慕Y(jié)構(gòu)色。他們成功開發(fā)了瓶刷嵌段共聚物3D直寫打印的方法，使3D打印不僅可以改變材料形狀，還可以改變材料物理性質(zhì)。但是由于該方法不太適合大批量印刷，小組正在努力擴(kuò)大這一工藝的工業(yè)相關(guān)性。他們正在與Damien Guironnet、Charles Sing和Simon Rogers小組合作，開發(fā)更容易控制的聚合物打印工藝，使我們與大自然產(chǎn)生的鮮艷色彩更接近。

《Science》子刊：在活體器官上原位3D打印可變形水凝膠傳感器！
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=142122

美國明尼蘇達(dá)大學(xué)Michael C. McAlpine等人開發(fā)了一種原位3D打印系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)估算目標(biāo)表面的運(yùn)動(dòng)和變形，并利用此打印系統(tǒng)將傳感器打印在呼吸誘導(dǎo)變形的豬肺上。該基于水凝膠的傳感器與組織表面相容，并通過電阻抗斷層掃描技術(shù)（EIT）提供變形的連續(xù)空間映射。由于離子水凝膠具有高透明度、可拉伸性、導(dǎo)電性、高速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，與采用其他材料EIT方法的工作相比，該技術(shù)具有對(duì)軟組織的理想機(jī)械適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)。

這種自適應(yīng)的3D打印方法可以運(yùn)用于機(jī)器人輔助的醫(yī)學(xué)治療，從而能夠在人體內(nèi)外直接打印可穿戴電子設(shè)備和生物材料。該研究以題為“3D printed deformable sensors”的論文發(fā)表在《Science Advances》上。



四川大學(xué)《Science Advances》：直接在生物體內(nèi)進(jìn)行的無創(chuàng)生物打印
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=141754

四川大學(xué)的研究學(xué)者們報(bào)道 了采用近紅外光聚合作用為基礎(chǔ)的3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)組織重建的無創(chuàng)傷3D打印。在這一技術(shù) 中，通過一種數(shù)字微鏡器件將近紅外激光調(diào)制成定制的模式進(jìn)行打印，同時(shí)通過單體溶液聚合實(shí)現(xiàn)空間動(dòng)態(tài)的投影打印。通過在體外的近紅外激光輻射，皮下注射的生物墨水可以實(shí)現(xiàn)在定制化的組織重建處進(jìn)行原位無創(chuàng)打印。這一新技術(shù)可以不用通過手術(shù)植入的過程，一個(gè)個(gè)性化的耳狀組織結(jié)構(gòu)和一個(gè)老鼠的載細(xì)胞共形支架組織修復(fù)的案例采用無創(chuàng)體內(nèi)生物打印進(jìn)行了驗(yàn)證。這一工作證明體內(nèi)創(chuàng)3D打印是可行的。

前幾年，四川大學(xué)康裕建將3D生物打印血管植入恒河猴體內(nèi)實(shí)驗(yàn)成功的消息引發(fā)業(yè)內(nèi)震動(dòng)�，F(xiàn)在，四川大學(xué)在生物打印上又取得新進(jìn)展，開創(chuàng)了體內(nèi)無創(chuàng)生物打印，這一成果發(fā)表在近期出版的頂刊《Sciecne Advances》上。


Science子刊：膠質(zhì)母細(xì)胞瘤體外3D模型的長期藥效評(píng)價(jià)
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=136286

發(fā)表在Science Advances雜志上題為” High-resolution tomographic analysis of in vitro 3D glioblastomatumor model under long-term drug treatment”的文章，來自特洛伊倫斯勒理工學(xué)院的Xavier Intes團(tuán)隊(duì)和美國波士頓東北大學(xué)的Guohao Dai團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)集成平臺(tái)，該平臺(tái)能夠生成（i）一個(gè)具有灌注血管通道的體外3D-GBM模型，該模型允許長期培養(yǎng)和藥物輸送，（ii）一個(gè)能夠使研究人員在整個(gè)體外模型上無創(chuàng)地評(píng)估縱向熒光信號(hào)的3D成像系統(tǒng)-2GMFMT（介觀熒光分子層析成像）。

《Science》封面文章：3D打印陶瓷燒結(jié)只需10秒鐘，速度提升1000倍
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=141278

《Science》雜志發(fā)表了一篇論文，馬里蘭大學(xué)（UMD）材料科學(xué)與工程系（MSE）的科學(xué)家研究了一種超快速高溫?zé)�結(jié)（UHS）新工藝。在惰性氣氛中通過輻射加熱燒結(jié)陶瓷材料，這種方法將燒結(jié)過程所需的時(shí)間縮短到10秒鐘，比傳統(tǒng)的熔爐燒結(jié)方法快1000倍以上。在固態(tài)電池、燃料電池、3D打印等行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

論文作者為美國馬里蘭大學(xué)胡良兵教授、莫一非教授，弗吉尼亞理工大學(xué)、加州大學(xué)鄭小雨教授和 加州大學(xué)圣地亞哥分校駱建教授團(tuán)隊(duì)等人（共同通訊作者），論文題目為“A general method to synthesize and sinter bulk ceramics in seconds”。

最新《Science》：填補(bǔ)3D打印領(lǐng)域空白，消除了過大的回濺和穩(wěn)定熔池動(dòng)態(tài)
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=141330

美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的SaadA. Khairallah等人利用高保真模擬，同時(shí)結(jié)合同步加速器實(shí)驗(yàn)，在中納秒尺度上捕捉快速的多瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)，并發(fā)現(xiàn)取決于掃描策略和激光跟蹤與驅(qū)逐之間的競(jìng)爭(zhēng)的新型濺射誘導(dǎo)缺陷的形成機(jī)制。相關(guān)論文以題為“Controlling interdependent meso-nanosecond dynamics and defect generation in metal 3D printing”5月8日發(fā)表在Science上。同時(shí)Science還配有一篇評(píng)述文章，題目為“Closing the science gap in 3D metal printing”。

science：金屬3D打印濺射缺陷新機(jī)制
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=141265

2020年5月8日，世界著名頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)布了一篇《Controlling interdependent meso-nanosecond dynamics and defect generation in metal 3D printing》，簡(jiǎn)單可翻譯為“控制金屬3D打印中相互依賴的中納秒級(jí)動(dòng)力學(xué)和缺陷生成”。對(duì)于提高金屬3D打印微觀質(zhì)量有巨大的幫助，南極熊希望產(chǎn)業(yè)界人士可以認(rèn)真了解下。

Saad A. Khairallah等在論文中表示，最先進(jìn)的金屬3D打印機(jī)有望徹底改變制造業(yè)，然而它們還沒有達(dá)到最佳的運(yùn)行可靠性。目前的挑戰(zhàn)是控制復(fù)雜的激光-粉末-熔體池的相互依賴性（相互依賴）動(dòng)力學(xué)。使用高保真模擬，結(jié)合同步加速器實(shí)驗(yàn)，在中納秒尺度上捕獲了快速多瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)，并發(fā)現(xiàn)了新的飛濺誘導(dǎo)缺陷形成機(jī)制，這些缺陷的形成機(jī)制取決于掃描策略和激光跟蹤和驅(qū)逐之間的競(jìng)爭(zhēng)。得出了穩(wěn)定熔池動(dòng)力學(xué)和最小化缺陷的標(biāo)準(zhǔn)。這將有助于提高制造可靠性。

Science子刊：3D打印具有連續(xù)多方向剛度梯度的纖維素材料
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=140831

德國斯圖加特大學(xué)A.Menges教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表在Science Advances雜志上題為“Additive manufacturing of cellulose-based materials with continuous, multidirectional stiffness gradients”的文章，利用材料工程和數(shù)字處理的組合方法，使具有連續(xù)，高對(duì)比度和多方向剛度梯度的纖維素基可調(diào)粘彈性材料能夠進(jìn)行基于擠出的多材料增材制造。建立了一種工程化具有相似組成但具有不同機(jī)械和流變性能的纖維素基材料的方法。集成這些物理和數(shù)字工具的優(yōu)勢(shì)是能夠以多種方式實(shí)現(xiàn)相同的剛度梯度，從而打開了以前受材料和幾何形狀的剛性耦合限制的設(shè)計(jì)可能性。

為了強(qiáng)調(diào)將材料工程與定制制造策略相結(jié)合的重要性，本研究使用了一種環(huán)保且豐富的基于生物聚合物的制造材料，其應(yīng)用范圍從組織工程到建筑業(yè)。這些物理和數(shù)字工具的綜合能力是能夠以多種方式創(chuàng)建多方向的連續(xù)剛度梯度，從而擴(kuò)展了FGM的設(shè)計(jì)可能性。

Science大作深化：旋轉(zhuǎn)光固化3D打印快速構(gòu)建復(fù)雜活體組織
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=139954

加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Brett E.Kelly、Indrasen Bhattacharya、Hossein Heidari在Science上發(fā)表的“Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction”提出一種全新的打印技術(shù)，他們開發(fā)了一種計(jì)算軸向光刻（CAL）方法，該系統(tǒng)能夠選擇性的固化容器內(nèi)的GelMA水凝膠（GelMA：甲基丙烯酸酯明膠，EFL可提供標(biāo)準(zhǔn)化的、成系列的GelMA產(chǎn)品），能夠把三維物體分解成為一組二維圖像并從不同的角度投射出來，讓光敏液體固化成所需要的三維形狀。在不同的精度和材料條件下，打印時(shí)間僅需30-120秒。該套系統(tǒng)的最高精度可以達(dá)到0.3毫米。

隨后，瑞士洛桑理工學(xué)院的 Christophe團(tuán)隊(duì)在CAL方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了“高分辨率的層析制造法”技術(shù)，極大地提高了打印速度和尺寸范圍。該技術(shù)通過將一個(gè)圓柱形的樹脂容器設(shè)置成旋轉(zhuǎn)的，一邊有DLP調(diào)制器產(chǎn)生的光對(duì)容器進(jìn)行照射，這些光與樹脂容器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同步顯示，在短短幾十秒的時(shí)間內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)打印的完成。相關(guān)論文“High-resolution tomographic volumetric additive manufacturing”發(fā)表于“Nature Communications”。

Advanced Science：華中科大在4D打印領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=142780

華中科技大學(xué)材料學(xué)院史玉升教授團(tuán)隊(duì)提出材料組合的思想制備柔性4D打印器件，為性能變化、功能變化的4D打印提供了新的思路和方法，相關(guān)成果以封面文章發(fā)表在《尖端科學(xué)》（Advanced Science）上。

為解決傳感/執(zhí)行一體化的難題，史玉升教授團(tuán)隊(duì)受蝎子縫感受器超敏縫結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，仿生設(shè)計(jì)出梯度縫結(jié)構(gòu)，4D打印炭黑納米粒子/聚乳酸（PLA）復(fù)合材料，成形出具有自主形變并能自感知應(yīng)變和溫度的仿生縫結(jié)構(gòu)器件，實(shí)現(xiàn)了傳感/執(zhí)行一體化功能，相關(guān)成果以封底文章發(fā)表在Advanced Science上。


Science子刊：哈工大冷勁松教授團(tuán)隊(duì)《Adv.Sci.》：直寫4D打印技術(shù)研究進(jìn)展
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=142829

哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松教授團(tuán)隊(duì)在材料領(lǐng)域權(quán)威期刊《Advanced Science》上發(fā)表了題為“Direct Ink Writing Based 4D Printing of Materials and Their Applications”的綜述文章�；仡櫫酥睂�4D打印技術(shù)的發(fā)展歷史，從材料的角度重點(diǎn)介紹了直寫4D打印技術(shù)的研究進(jìn)展。直寫4D打印主要有兩種技術(shù)路線：一是直接打印可變形材料，包括形狀記憶聚合物、水凝膠及液晶彈性體等材料。二是在直寫打印過程中預(yù)置應(yīng)力分布、材料分布，實(shí)現(xiàn)打印結(jié)構(gòu)在特定激勵(lì)下釋放應(yīng)力，完成主動(dòng)變形行為。文章概述了基于不同類型材料、不同打印策略、不同驅(qū)動(dòng)方法的直寫4D打印材料及可變形結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)討論了直寫4D打印結(jié)構(gòu)的多功能性，及其在電子、生物醫(yī)學(xué)與軟體機(jī)器人等領(lǐng)域上的潛在應(yīng)用。

Science子刊：美國德克薩斯大學(xué)：可見光快速3D打印技術(shù)鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143259

將液態(tài)樹脂轉(zhuǎn)化為固態(tài)物體的光驅(qū)動(dòng)3D打印(即光固化)傳統(tǒng)上由工程學(xué)科主導(dǎo)，在任何增材制造加工中它的 構(gòu)建速度最快，分辨率 最高。然而，由于降解和衰減(例如吸收和/或散射)，對(duì)高能紫外光/紫光的依賴限制了材料的范圍。來自美國德克薩斯大學(xué)化學(xué)系的研究人員開發(fā)出能加快可見光固化速度的光敏聚合物樹脂并于8月20日發(fā)表在ACS Central Science上

Science子刊：3D打印可自主排汗的水凝膠致動(dòng)器
鏈接：http://m.lhkhtyz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=139626

在Science Robotics雜志上題為“Autonomic perspirationin 3D-printed hydrogel actuators”的文章，來自康奈爾大學(xué)的Robert F. Shepherd團(tuán)隊(duì)及其合作者報(bào)道了一種利用混合水凝膠油墨3D打印制造的軟體致動(dòng)器，它的創(chuàng)新點(diǎn)在于可通過致動(dòng)器上的動(dòng)態(tài)孔自主的局部出汗進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

研究者選擇開發(fā)兩種水凝膠油墨：一種由Aam單體組成，另一種由NIPAm和AAm單體組成（摩爾比為3：1）的共聚油墨，同時(shí)還將氧化鐵和二氧化硅納米粒子摻入了油墨配方中，以減少構(gòu)建時(shí)間并增加致動(dòng)器的機(jī)械完整性。