研究人員用3D打印制造出章魚和壁虎圖案
時間：2022-10-09 17:19 來源：長三角G60激光聯盟 作者：admin 閱讀：次
在海德堡大學的分子工程實驗室里，研究人員用3D激光打印技術制造出微型壁虎和章魚圖案，這項研究會給微型機器人或生物醫學等領域開辟新的機會。
具有“生命”特性的智能聚合物:由于動態化學鍵，微尺度的3D結構可以在短短幾個小時內增長8倍并變硬。刻度:20微米(μ m)。
打印出的微結構是由被稱為智能聚合物的新材料制成的，其尺寸和機械性能可以根據需要進行高精度調整。這些“逼真的”3D微結構是在“3D物質定制”(3DMM2O)卓越集群的框架下開發的，該集群由Ruperto Carola和卡爾斯魯厄理工學院(KIT)合作完成。在這份研究中，研究人員報告了一種產生這種共價適應性微觀結構（CAM）的新途徑，通過在結構制造后的打印后改性來精確調整其機械性能。為了實現這一目標，研究人員將提供最高3D制造精度的2PLP與通過將烷氧胺功能結合到打印的3D微觀結構中提供共價動態鍵的簡單油墨系統相結合（下圖a）。利用這種鍵類型的動態和活態特性，通過NER使用額外的硝氧化物分子（TEMPO）和NMP使用苯乙烯作為擴展的附加單體來修改3D微縮打印結構（下圖b）。將2PLP技術與烷氧基胺化學相結合，將提供完全適應性的3D微觀結構，除了在分子和微觀尺度上進行精確制造外，還可以為定制應用調整其機械性能。
德國海德堡大學有機化學研究所和分子系統工程與先進材料研究所的組長Eva Blasco博士說:“制造機械性能可根據需求調整的可編程材料在許多應用中都是非常需要的。”這一概念被稱為4D打印。4D打印材料的一個突出例子是形狀記憶聚合物——這種智能材料可以在溫度等外部刺激的作用下，從變形狀態恢復到原始形狀。
Blasco教授領導的團隊最近介紹了在微尺度下3D打印形狀記憶聚合物的第一個例子。在與生物物理學家Joachim Spatz教授的工作小組合作下，研究人員開發了一種新的形狀記憶材料，可以在宏觀和微觀尺度上都具有高分辨率的3D打印。生產的結構包括盒子形狀的微建筑，其蓋子在受熱時關閉，然后可以重新打開。Eva Blasco工作小組的博士研究員Christoph Spiegel解釋說:“這些微小的結構在低激活溫度下顯示出不尋常的形狀記憶特性，這對生物應用來說非常有趣。”
利用適應性材料，研究人員在后續研究中成功地生產出了更復雜的3D微結構，如壁虎、章魚，甚至具有“生命”特性的向日葵。這些材料以動態化學鍵為基礎。海德堡大學的研究人員報告說，烷氧胺特別適合于這一目的。在打印過程結束后，這些動態鍵使復雜的微觀結構在短短幾個小時內增長了8倍，并在保持形狀的同時變硬。Blasco教授強調說:“傳統油墨不具備這些特性。含有動態鍵的自適應材料在3D打印領域有著光明的未來。”
卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的材料科學家也參與了具有“生命”特性的適應性材料的研究。德國研究基金會和卡爾蔡司基金會資助了這項工作，該工作是在3DMM2O卓越集群的框架內進行的。研究結果發表在《Advanced Functional Materials》雜志上的兩篇論文中。
來源：Covalent Adaptable Microstructures via Combining Two-Photon Laser Printing and Alkoxyamine Chemistry: Toward Living 3D Microstructures, Advanced Functional Materials, 10.1002/adfm.202207826
具有“生命”特性的智能聚合物:由于動態化學鍵，微尺度的3D結構可以在短短幾個小時內增長8倍并變硬。刻度:20微米(μ m)。
打印出的微結構是由被稱為智能聚合物的新材料制成的，其尺寸和機械性能可以根據需要進行高精度調整。這些“逼真的”3D微結構是在“3D物質定制”(3DMM2O)卓越集群的框架下開發的，該集群由Ruperto Carola和卡爾斯魯厄理工學院(KIT)合作完成。在這份研究中，研究人員報告了一種產生這種共價適應性微觀結構（CAM）的新途徑，通過在結構制造后的打印后改性來精確調整其機械性能。為了實現這一目標，研究人員將提供最高3D制造精度的2PLP與通過將烷氧胺功能結合到打印的3D微觀結構中提供共價動態鍵的簡單油墨系統相結合（下圖a）。利用這種鍵類型的動態和活態特性，通過NER使用額外的硝氧化物分子（TEMPO）和NMP使用苯乙烯作為擴展的附加單體來修改3D微縮打印結構（下圖b）。將2PLP技術與烷氧基胺化學相結合，將提供完全適應性的3D微觀結構，除了在分子和微觀尺度上進行精確制造外，還可以為定制應用調整其機械性能。
a）含有共價適應性微觀結構（CAM）的烷氧胺的3D激光打印過程的示意圖;b）通過氮氧化物交換反應（左，CAM-NER）和通過氮氧化物介導的聚合（右，CAM-NMP）對CAM進行打印后改性。
德國海德堡大學有機化學研究所和分子系統工程與先進材料研究所的組長Eva Blasco博士說:“制造機械性能可根據需求調整的可編程材料在許多應用中都是非常需要的。”這一概念被稱為4D打印。4D打印材料的一個突出例子是形狀記憶聚合物——這種智能材料可以在溫度等外部刺激的作用下，從變形狀態恢復到原始形狀。
Blasco教授領導的團隊最近介紹了在微尺度下3D打印形狀記憶聚合物的第一個例子。在與生物物理學家Joachim Spatz教授的工作小組合作下，研究人員開發了一種新的形狀記憶材料，可以在宏觀和微觀尺度上都具有高分辨率的3D打印。生產的結構包括盒子形狀的微建筑，其蓋子在受熱時關閉，然后可以重新打開。Eva Blasco工作小組的博士研究員Christoph Spiegel解釋說:“這些微小的結構在低激活溫度下顯示出不尋常的形狀記憶特性，這對生物應用來說非常有趣。”
a)油墨(ink)、參考微觀結構(Ref)、CAM和CAM- ner的FTIR光譜。b)
CAM與CAM- ner的氮氧化物交換反應示意圖。c) PEG特異性(C2H5O+)信號區域參考微觀結構(Ref)、CAM和CAM-
ner的ToF-SIMS光譜。d) Ref、CAM和CAM- ner在烷氧胺特異性(C3H8NO+)信號區域的ToF-SIMS光譜。
利用適應性材料，研究人員在后續研究中成功地生產出了更復雜的3D微結構，如壁虎、章魚，甚至具有“生命”特性的向日葵。這些材料以動態化學鍵為基礎。海德堡大學的研究人員報告說，烷氧胺特別適合于這一目的。在打印過程結束后，這些動態鍵使復雜的微觀結構在短短幾個小時內增長了8倍，并在保持形狀的同時變硬。Blasco教授強調說:“傳統油墨不具備這些特性。含有動態鍵的自適應材料在3D打印領域有著光明的未來。”
a) CAM和CAM- NMP的FTIR光譜。聚苯乙烯的特征吸收峰突出顯示（紫色虛線）b)
CAM和CAM- NMP的FTIR光譜。聚苯乙烯的特征吸收峰被突出顯示（紫色虛線）c)氮氧化物介導CAM- CAM- NMP聚合示意圖;d)
C7H7+離子種類的ToF-SIMS光譜。
卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的材料科學家也參與了具有“生命”特性的適應性材料的研究。德國研究基金會和卡爾蔡司基金會資助了這項工作，該工作是在3DMM2O卓越集群的框架內進行的。研究結果發表在《Advanced Functional Materials》雜志上的兩篇論文中。
來源：Covalent Adaptable Microstructures via Combining Two-Photon Laser Printing and Alkoxyamine Chemistry: Toward Living 3D Microstructures, Advanced Functional Materials, 10.1002/adfm.202207826
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