Ingenieurs van de Universiteit van Maryland (UMD) hebben een nieuwe multi-materiaal 3D-nanoprinttechniek ontwikkeld die op de binnenkant van de omslag van het Lab on a Chip-nummer van 21 juli stond.

De nieuwe techniek van het team - in staat om minuscule multi-materiaalstructuren te printen die een fractie van de grootte van een mensenhaar zijn - biedt onderzoekers een snellere, goedkoper, en nauwkeurigere middelen om deze zeer complexe structuren in 3D te printen, omdat het proces een zeer eenvoudig vormproces gebruikt dat veel wordt gebruikt in de meeste microfluïdische laboratoria.

Om hun nieuwe aanpak te demonstreren, de onderzoekers 3D-nanoprinten een verscheidenheid aan componenten uit meerdere materialen, inclusief een vijf-materiaal DNA-structuur, een multi-materiaal "micro-cello, " en een uit vier materialen bestaand micro UMD-logo.

"Door onderzoekers een toegankelijke manier te bieden om multi-materiaalsystemen met 3D-nanoprinten niet alleen veel sneller, maar ook nauwkeuriger dan conventionele methoden, dit werk opent deuren voor opkomende toepassingen die microstructuren met meerdere materialen vereisen, en op zijn beurt, meerdere functies, " zei Ryan Sochol, een assistent-professor in werktuigbouwkunde en bio-engineering aan de A. James Clark School of Engineering van UMD.

In één toepassing van deze nieuwe benadering, Sochol's Bioinspired Advanced Manufacturing (BAM) Laboratory werkt samen met de Food and Drug Administration om deze strategie toe te passen op 3D-nanoprintdelen van het menselijk oog met complexe anatomie met variërende optische eigenschappen.

Andreas Lamont, hoofdauteur van de studie en een Ph.D. student bio-ingenieur aan de UMD, presenteerde de eerste resultaten van het onderzoek van het team op de International Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) Conference in Seoul, Korea afgelopen januari, waar het werk werd geselecteerd voor de Outstanding Paper Award van de conferentie.

In het afgelopen decennium, wetenschappers hebben geworsteld met 3D-nanoprintstructuren met meer dan één materiaal, aangezien conventionele technieken beperkt zijn in tijd, kosten, werk, en multi-materiaal resolutie. Hoewel de 3D-printtechnologieën de afgelopen jaren enorm zijn vooruitgegaan, printen op zeer kleine schaal blijft moeilijk.

"Helaas, eerdere uitdagingen hebben geresulteerd in slechts een handvol vorderingen op basis van multi-materiaal 3D-nanoprinten, waarvan de overgrote meerderheid slechts twee materialen omvat, " zei Lamont, die de aanpak ontwikkelde in het kader van zijn promotieonderzoek. "Maar met onze strategie onderzoekers kunnen eenvoudig 3D-nanoprintsystemen maken met een groot aantal geïntegreerde materialen met snelheden en afmetingen die met conventionele methoden niet mogelijk zijn."

Het Clark School-team heeft twee voorlopige Amerikaanse patenten aangevraagd voor hun strategie, dat is gebaseerd op een proces dat "in-situ direct laserschrijven" wordt genoemd en dat eerder dit jaar is gepubliceerd. De multi-materiaalstructuren zijn 3D-nanoprint direct in microkanalen, met verschillende vloeibare materialen die één voor één in het kanaal worden geladen voor materiaalspecifiek printen. Zodra het afdrukproces is voltooid, de microkanaalbehuizing kan worden verwijderd, het achterlaten van volledig geïntegreerde multi-materiaal 3D-structuren in een fractie van de tijd, maar met een betere precisie dan de stand van de techniek.

"Deze nieuwe mogelijkheid om 3D-nanoprintsystemen te maken bestaande uit materialen met doelchemicaliën, biologisch, elektrisch, optisch, en/of mechanische eigenschappen, "Sochol zei, "biedt een veelbelovende weg naar doorbraken op gebieden als medicijnafgifte, geavanceerde optica, meta-materialen, en microrobotica."