新型3D列印技術：將電子器件和細胞直接列印到皮膚上！

近日，美國明尼蘇達大學的研究人員採用定製的低成本3D印表機，首次將電子器件列印到人手上。有了這項技術，戰場中的士兵可以將臨時的感測器列印到身體上，檢測化學或者生物藥劑；也可以將太陽能電池列印到身體上，對於必要的電子產品進行充電。

背景

傳統的3D列印技術，通常依賴於開環的、校準後列印的操作程序。然而，自適應的3D列印技術成為了一種替代方案。它是閉環的，並將實時的反饋控制與功能材料直寫成型技術相結合，從而可以在移動的自由曲面上列印相關設備。

創新

在一項突破性的新研究中，美國明尼蘇達大學（University of Minnesota ）的研究人員採用了定製的低成本3D印表機，首次將電子器件列印到真實的人手上。有了這項技術，戰場中的士兵可以將臨時的感測器列印到身體上，檢測化學或者生物藥劑；或者也可以將太陽能電池列印到身體上，對於必要的電子產品進行充電。

（圖片來源：McAlpine 研究小組 / 明尼蘇達大學）

研究人員也首次成功地將生物細胞列印到老鼠的皮膚傷口上。這項技術將帶來用於傷口癒合的新醫療方案，以及針對皮膚病移植物的直接列印。

4月25日，這項研究的論文發表於學術雜誌《先進材料（Advanced Materials）》的封底內頁上。

技術

這項3D列印技術的關鍵創新之一，就是這種印表機在列印期間可以根據人體的細微運動進行調整。臨時標記被安放到皮膚上，然後皮膚再接受掃描。印表機採用計算機視覺實時調整動作。

（圖片來源：明尼蘇達大學）

論文領導作者、明尼蘇達大學機械工程系副教授 Michael McAlpine表示：「當採用皮膚上的印表機時，無論一個人多麼努力地嘗試保持靜止，他也會輕微地運動，而且每隻手都不相同。這種印表機可以利用標記，追蹤手的運動，根據手的運動和外型進行實時調整，所以列印的電子器件能夠保持住電路形狀。」

另外一項獨特的3D列印技術功能，就是採用由銀片製成的特製墨水。銀片可以在室溫下加工並導電。這不同於其他的3D列印墨水，它們需要在高溫下加工（高達100攝氏度或者212華氏度），會燒傷手部。

移除電子器件的辦法很簡單，只需要採用鑷子剝掉它們或者用水沖洗。

價值

（圖片來源：明尼蘇達大學）

Michael McAlpine 表示：「我們對於這種新型3D列印技術的潛力感到非常興奮，它採用攜帶型、輕量、成本低於400美元的3D印表機。我們可以想像，一個士兵可以從背包中拿出這個印表機，將化學感測器或者他們需要的其他電子產品直接列印到皮膚上。它就像一把未來的『瑞士軍刀』，他們所需要的所有東西都可以通過一個攜帶型3D印表機工具實現。」

除了電子器件，這種新型3D列印技術也為其他許多應用鋪平了道路，包括給皮膚病患者列印細胞。McAlpine 的團隊與明尼蘇達大學治療罕見皮膚病的專家 Dean Jakub Tolar 展開合作，成功地採用一種生物墨水，在老鼠皮膚傷口上列印細胞，這將為皮膚病患者帶來更加先進的治療方法。

McAlpine 表示：「在皮膚上直接列印電子器件或者細胞的想法非常吸引我。這是一個如此簡單的想法，但是為未來許多重要應用來說具有無限的潛力。」

關鍵字

3D列印、醫療、電子

參考資料

【1】https://twin-cities.umn.edu/news-events/researchers-3d-print-electronics-and-cells-directly-skin

【2】Zhijie Zhu, Shuang-Zhuang Guo, Tessa Hirdler, Cindy Eide, Xiaoxiao Fan, Jakub Tolar, Michael C. McAlpine.3D Printed Functional and Biological Materials on Moving Freeform Surfaces. Advanced Materials, 2018; 1707495 DOI: 10.1002/adma.201707495

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