南極熊盤點：美國哈佛大學在3d列印方面的黑科技

美國麻省理工、哈佛大學，經常爆出奇思妙想的3D列印黑科技。南極熊有一些粉絲在裡面讀書，經常都會向南極熊投稿介紹最新的科技發明。

下面南極熊就為大家來盤點一下哈佛在3d列印技術的一些黑科技。

1.哈佛3D列印的鋰離子電池

哈佛大學的科學家們早在2013年6月首次推出3D列印電池。團隊使用3D列印技術創建砂晶粒大小的鋰離子微電池，這比人頭髮細的電池可以提供電力給微型設備，如機器人昆蟲、醫療植入物、以及一些在實驗室里發明很久了，但缺乏足夠小的電池供電的設備。

它能夠迅速列印不同設計的微小部件。這些三維鋰離子微電池的大小為1平方毫米，但具有商業電池的特性。 因為Lewis可以參照更大的電池結構，而用100納米的精度的布局和構建。在未來的幾年裡，Lewis的研究小組正在研究技術的商業化和許可證，他們也可能會為愛好者產生低端的印表機。

2.哈佛科學家3d列印出帶微型血管的分層組織

哈佛大學生物工程研究所的科學家在2014年2月宣布他們使用多個列印頭剛和定製的「墨水」製造出複雜的、帶有完整微型血管的活性組織結構。 這個方法是製造人體組織結構的早期但非常重要的步驟，標誌著人們向測試藥物安全和有效性以及為受傷或患病的組織建立完整的功能性替代品邁出了重要的一步。

哈佛Wyss研究所3D列印含血管組織研究團隊的負責人Don Ingber博士說：「組織工程師一直在等待著這樣的方法出現，在3維組織被植入前形成功能性血管網路的能力，不僅能促使更厚的組織形成，而且它也可以通過外科手術將這種人造血管網路與人體天然脈管相連接，實現體液順暢聯通，大大增加了植入組織的存活率。」

3.哈佛科學家用3D列印技術為心臟打補丁

2014年3月18日，哈佛研究人員在美國化學學會（ACS）第247次全國會議暨博覽會上公布了他們的成果。美國化學學會是世界上最大的科學協會，這項研究是由哈佛醫學院的Ali Khademhosseini、Nasim Annabi會同由Anthony Weiss領導的悉尼大學的一個小組共同完成的。

該研究小組一開始曾試圖使用天然蛋白質形成類似明膠類的材料水凝膠，以模仿天然心臟的機械性能和生物性能。但據了解，該材料與人體組織並不相似。而且早期版本的水凝膠的會分解，而人類的心臟是有彈性的。

心臟組織的彈性對心肌在心臟跳動時的收縮起著關鍵作用。因此，研究人員使用更具彈性的人類彈性蛋白原開發了一系列新的凝膠。他們把彈性蛋白原暴露在紫外線光下，使它變成一種更加有彈性和韌性的物質。

4.哈佛科學家開發出可3D列印的熱固性樹脂

當前在3D列印中使用的塑料材料，主要是熱塑性塑料和UV固化樹脂這兩類。但如今哈佛大學工程與應用科學院的材料科學家與 Wyss生物啟發的工程研究所聯手開發出了一種可3D列印的環氧基熱固性樹脂材料。 這些環氧樹脂可3D列印成建築結構件用在輕質建築中。這些新的3D油墨是在環氧樹脂中加入了納米粘土片以增強粘度和一種二甲基甲基膦酸酯化合物。另外還向此混合物中添加了兩種填料：金剛砂和碳纖維。

5.哈佛教授研發全新3D列印頭可完美實現多材料融合

令兩股不同材料的液體流匯入一個單一的管道中，然後實現二者的分散性融合。這項研究的內容是採用了主動混合技術的一種全新的3D列印頭。該列印頭內部安裝有旋轉葉輪，葉輪會以恆定速率旋轉，將一系列複雜的材料液體很好地混合到一起，從而實現將柔性材料、硬質材料、導電材料和電阻油墨等多種完全不同的材料融合到單一的3D列印物體中。如果最終取得成功，這項研究將會為3D列印可穿戴設備、柔性機器人和電子產品開創出全新的可能性。

6.哈佛開發出新型水凝膠4D列印結構 — 遇水即可自動變形

4D列印是一種革命性的新技術。這一概念準確的說是一種自變形材料，只要受到某些因素的刺激（比如光、熱、電、磁和振動），就能在無需機電設備的情況下自動變形為預設的形狀。由於具有極大的應用前景，這種技術正在以絲毫不遜於3D列印的高速度迅猛發展著。最近，在這方面處於全球領先地位的哈佛大學保爾森工程與應用科學學院就與威斯生物工程研究所聯合開發出了一種新型的微觀4D列印結構。

這種新型4D結構是研究者通過3D列印技術使用一種「水凝膠墨水」製成的。該墨水是從一種含有木纖維的特殊水凝膠複合材料中提煉萃取的。由於使用了專門的材料預測模型，該結構會在遇水後逐漸膨脹、變硬，直至完全變形為預編程的形狀。

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7.哈佛團隊3D列印出厚實血管網路可促進細胞生長

由於生物3D列印在許多領域都具有極高的潛在應用價值，所以目前，全世界的頂尖研究所和高效都在積極進行相關研究。哈佛大學工程與應用科學學院就與該校Wyss生物工程研究所聯手這方面取得了新的突破：他們發明了一種新的方法，能夠3D列印出厚度足夠的血管化網路組織結構，而這種結構能讓液體、營養物質和細胞生長因子順利進入，保證植入其中的細胞存活並促進它們生長，最終形成完成的功能性組織。

「這項突破將提高我們使用多材料生物3D列印平台創建厚實人體組織的能力，令我們更接近創建出用於組織修復和再生的結構。」研究主要負責人，Wyss研究所的生物工程教授Jennifer A. Lewis表示。目前，大部分的生物3D列印技術都不能創建出能夠維持組織生長的大型厚實血管化網路，不過現在，哈佛這個項目將有望消除這一痛點。

8.用黃金和活細胞3D列印了條魚，竟能在光刺激下自主運動

哈佛一支由Kit Kevin Parker教授領導的團隊又在生物3D列印方面取得了突破 — 他們用小鼠的心肌細胞和3D列印的黃金骨骼做出了一條迷你黃貂魚，這樣一個小東西卻可以在光線刺激下自主運動，這主要是因為這條迷你黃貂魚外部包裹的2層彈性聚合物。其中含有20萬個小鼠的心肌細胞，它們都經過了基因工程的改造，能在光線刺激下發生收縮和舒張，所以能帶動整體產生運動，

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該技術除了能幫助科學家更好地理解黃貂魚的運動方式，這項成果將會為機器人、人工智慧、生物工程等多個領域帶來好處，比如幫助他們更好地研究心肌細胞，從而開發出高性能的人工心臟，以及如何將生物組織與電子感測器相互融合等。

9.哈佛大學領銜3D列印全球首隻自驅動柔性章魚機器人

一支由美國哈佛大學領銜的研究團隊利用3D列印技術製作出的一個柔性自驅動章魚機器人。如果發展成熟，這類軟體機器人可執行許多由硬質材料製成的傳統機器人無法完成的任務。

這隻3D列印章魚機器人是由硅橡膠製成的，擁有8條觸手，雖然高度不到2厘米，但卻是麻雀雖小五臟俱全，其內部搭載了控制系統和燃料箱，能夠實現一定程度的自主驅動。其運作方式大致如下：首先，作為燃料的過氧化氫溶液注入；然後它會與催化劑鉑發生反應，生成水和氧氣；接著，氧氣會在控制系統協調下被傳遞到特定區域，從而以氣動方式驅動章魚的觸手活動；而最後，這些氣體會通過排氣孔從機器人體內釋放。

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