MIT研究人员已掌握纳米级内爆制造工艺 结构体积可缩至1/1000

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  • cnBeta
  • 2018-12-15 22:18

虽然还不能让人类像“蚁人”或“黄蜂女”那样缩小,但麻省理工的研究人员们,已经掌握了纳米级的“内爆制造”(Implosion Fabrication)工艺,可以“打印”出各种常见形状的微型版本。据悉,负责该项目的 MIT 团队,发明了一种捕捉物体形状并进行复制的方法,可在将它干燥后进一步缩小至纳米级。

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研究配图 - 1

该团队解决了当前和最复杂的 3D 打印材料方法的局限性。若借助多层的堆叠,显然会限制物体的 3D 形状。于是团队选择了凝胶支架,而不是在空气中进行打印。

在这个凝胶支架内,可先使用当前硬件来制造各种物体。研究团队创造了一种新的方法,能够以在纳米的尺度、完成对几乎任何 3D 几何体的组装。用于测试的纳米材料中,包括多种金属、半导体、以及生物分子。

第一张配图为 20x 收缩和脱水的凝胶(SEM / 扫描电子显微镜)图像。研究团队借助激光,在基板上烧蚀出了圆形和正方形,该方法可用于声称复杂的三维结构。

第二张配图左侧为(A)凝胶和(左图右上角)缩水 20 倍后的对比照片。右侧(B)则是原子力显微镜(AFM)对 10 倍收缩水凝胶的平滑度测量(微米尺度)。

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研究配图 - 2

研究人员称:“我们将水凝胶作为支架,在空间的特定点位上进行了材料的沉积。然后在三维尺度上对这些支架进行光学图案化。随着一种或多种功能材料的加入,以受控方式脱水缩小,可在固体基质中实现纳米级的特征尺寸”。

这种制作工艺,被称为“内爆制造”或 ImpFab,因其在聚丙烯酸酯凝胶(即水凝胶)支架内进行打印,所以能够产生非自支撑的 3D 打印材料排列。在缩水时,能够实现数十纳米的精度。

研究人员借助双光子显微镜来确定水凝胶中的点位,他们以荧光素分子为锚,方便研究人员添加与之结合的其它种类的分子。研究合著者、MIT 神经科学教授兼生物工程与脑认知科学副教授 Edward Boyden 表示:

你可以借助光线,将锚抛到任何想要固定的点位上,然后你可以将其余东西固定的锚件上。它可以是一个量子点、一段 DNA、或者一个金纳米粒子。

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研究配图 - 3

结构完成后,研究人员添加了一种促使水凝胶(及其结构)收缩的酸液。通过这种方法,研究人员可以将材料结构缩小至 1/1000 。听起来似乎很疯狂,但确实相当有效。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《科学》(Science)杂志上。原标题为:

《3D nanofabrication by volumetric deposition and controlled shrinkage of patterned scaffolds》


来源:cnBeta

作者:摘编

编辑:leilei

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