3D打印機(jī)已經(jīng)可以用金屬或者高分子材料制作樣品和備件了。普林斯頓大學(xué)的研究者現(xiàn)在將該項(xiàng)技術(shù)的潛能又提升了一大步，他們開發(fā)了一種用半導(dǎo)體和其他材料打印出可發(fā)揮正常功能的電子電路的方法。此外，他們還優(yōu)化了打印方法，可以將電子部件和生物相容性的材料甚至活體組織整合到一起，從而為將新材料植入生物體開辟了一條新途徑。
該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、普林斯頓大學(xué)助理教授邁克爾·麥凱派恩(Michael McAlpine)解釋說，利用盛滿半導(dǎo)體“墨水”的“墨盒”，應(yīng)該可以打印出能發(fā)揮所有功能的電路。為了證明這一奇思妙想，研究者在一個(gè)隱形眼鏡中打印出了一個(gè)發(fā)光二極管(LED)。
一臺(tái)電腦中有處理器和顯示電路并不意味著它們就能驅(qū)動(dòng)3D打印，因?yàn)?span id="kc2o200" class="contentlabel">3D打印需要很多用納米材料制作的復(fù)雜構(gòu)成。不過3D打印機(jī)可用來(lái)制作醫(yī)療器械或者將醫(yī)療器械植入電子部件。麥凱派恩舉例說，研究者可以打印一個(gè)用于培養(yǎng)神經(jīng)組織的支架。如果他們還可以在支架中打印LED和電路，那么，光就能刺激神經(jīng)組織，這樣的電子部件就能應(yīng)用于義肢。
2013年，麥凱派恩就利用3D打印技術(shù)制作出了一個(gè)“生物電子”仿生耳。這個(gè)仿生耳用活細(xì)胞制成，內(nèi)有黏稠凝膠制作的支持性基層;此外，他們還用導(dǎo)電墨水——這種墨水用含有懸浮的銀納米粒子制成——打印了一個(gè)可接受無(wú)線電信號(hào)的通電線圈。
其后，麥凱派恩的研究團(tuán)隊(duì)一直在努力將3D打印技術(shù)擴(kuò)展到半導(dǎo)體材料，這種材料可以讓打印出的器械能處理傳入的聲音。半導(dǎo)體是信息處理電路的一種重要構(gòu)成，同時(shí)也可用于探測(cè)光和發(fā)光。
為了擴(kuò)展3D打印的范圍，麥凱派恩的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一款打印機(jī)，當(dāng)今市場(chǎng)上的大部分3D打印機(jī)都只能打印塑料。“如果你把其他物質(zhì)放進(jìn)墨盒，打印機(jī)就會(huì) 堵塞。”麥凱派恩說。另外，他們還要讓打印機(jī)能進(jìn)行高分辨率打印。舉例來(lái)說，仿生耳的某些功能是在毫米級(jí)的組件上實(shí)現(xiàn)的——所以，他們要打印出微米級(jí)的 LED。
為了打印出這種LED，普林斯頓大學(xué)的研究者選擇了“量子點(diǎn)”(quantum dots)LED——這種半導(dǎo)體納米粒子在電 流的刺激下會(huì)發(fā)出非常明亮的光。另外，他們還用兩種金屬打印出了導(dǎo)線以聯(lián)通這種器械，并用高分子材料和有機(jī)硅將各個(gè)部件整合到一起。用如此之多的“墨水” 打印的一個(gè)難點(diǎn)是“墨水”之間可能會(huì)混合。所以，研究者必須要讓每一種材料懸浮在一種不會(huì)讓它們混合到一起的溶劑中。
麥凱派恩的研究團(tuán)隊(duì)制作出了一個(gè)由八個(gè)發(fā)出綠色光和橙色光的LED構(gòu)成的立方體，LED兩兩堆疊在一起。這些研究者還在一個(gè)隱形眼鏡上打印出了LED，打印LED之前，他們掃描了隱形眼鏡的形狀，以確保打印出的設(shè)備與鏡片表面的曲度保持一致。
“LED還只是3D打印有源電子器件的一個(gè)例證。”麥凱派恩說。他還表示，一旦研究者可以打印有源電子材料，他們就應(yīng)該能夠打印出信息處理電路、傳感器、光檢測(cè)器以及其他部件——并能將他們與生物組織整合到一起。
麥凱派恩及其同事并不是快速擴(kuò)展3D打印能力的唯一團(tuán)隊(duì)。“大部分3D打印都像經(jīng)過調(diào)整的熱熔膠槍，只能打印高分子材料。”位于羅利(Raleigh) 的北卡羅萊納州立大學(xué)(North Carolina State University)的化學(xué)工程師邁克爾·狄克尼(Michael Dickey) 說，他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種液體金屬，這種金屬可被打印成具有延展性的自我修復(fù)導(dǎo)線。哈佛大學(xué)生物學(xué)教授詹妮弗·劉易斯(Jennifer Lewis)受 工程學(xué)的啟發(fā)，一直在開發(fā)組織工程學(xué)3D打印技術(shù)，該技術(shù)將把包括血管在內(nèi)的多種細(xì)胞類型以復(fù)雜的形式整合到一起。
麥凱派恩正在采用這項(xiàng)新技術(shù)制作定制化的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，有些產(chǎn)品已在進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。他沒有透露這種尚未公開的項(xiàng)目的細(xì)節(jié)，不過他談到，他已開始利用活細(xì)胞制作復(fù)雜的電子設(shè)備了。