加州大学的研究人员使用3D打印来生产早期的“粒子实验室”

加州大学洛杉矶分校的一组研究人员已经使用3D微型打印技术来制作他们所谓的“粒子实验室”的早期阶段。

印刷的结构类似于微型U形杯或试管，长度只有大约半毫米。加州大学洛杉矶分校的研究人员声称，这些杯子可以以相同的尺寸可靠地印刷多次，因此可用于以可重复的方式促进平行的化学反应。

该研究的主要作者迪诺·迪卡洛（Dino Di Carlo）解释说：“它们就像微型试管，但比实验室目前使用的试管小数千倍。与传统的试管不同，这些试管会自动填充以容纳大约单个细胞大小的液体。而且由于它们大小均一，因此非常适合进行可重复的化学反应。这是生物学研究和健康诊断的基本要求。”

3D打印的微型试管。图片来自UCLA。

稳定的乳胶荚

乳液是不可混合的两种液体（例如油和水）的组合。当将油和水混合时，可能会在短时间内将两种成分真正地混合在一起（这是乳化相），但是它们很快分离，并且油倾向于凝结在豆荚中，而不是均匀地分布在水中。3D打印的微型试管最终旨在用作“铠装乳剂”，从而使原本不可混和的组分在延长的时间内保持彼此均匀分布。

但是，在进行任何印刷之前，研究人员首先必须对结构的几何形状，其表面性质以及这些参数与体积流体的相互作用进行数学建模。然后，使用团队自己的基于UV的微打印方法，制造了结构并进行了测试。

随着时间的推移，保持在3D打印结构中的乳液液的水平。图片来自UCLA。

药物和生物学研究应用

每种结构均具有疏水性外部和亲水性内部，使其能够捕获单独的乳液液滴。这样，捕获的流体允许在狭窄的空间中发生化学反应，从而使单个细胞可以存活并在自己的荚中研究。例如，可以观察到细胞样品以鉴定某些特征，例如酶产生水平或药物抗性。由于所观察到的体积很小，因此反应产物可以在短短几个小时内积聚到显着水平，有可能加快药物试验或健康诊断实验的速度。

这些结构不仅可以为乳液内部提供稳定的外壳，还可以用作识别工具本身。它们的表面化学性质可以进行修改，以针对某些疾病标记，同时散发出独特的化学信号，就像条形码一样。

迪卡洛补充说：“我们认为这种新的'颗粒实验室'方法有望消除复杂的泵送和控制系统，从而超越以前的'芯片实验室'系统。使用移液管和离心机等普通的实验室设备，铠装乳液的制造和使用都非常容易。这可能使世界各地的更多研究实验室无需进行大量设备投资即可进行有效的研究。”

3D打印的带有液滴的颗粒的显微图像。图片来自UCLA。

有关这项研究的更多详细信息，请参见标题为“由3D结构的微粒作为模板的单分散液滴”的论文。它是由吴楚瑜，欧阳孟兴，王宝，约瑟夫·德·鲁特，亚历克西斯·朱，马修·雅各布斯，京河，安德里亚·贝托齐和迪诺·迪卡洛撰写的。

随着微型和纳米印刷技术的发展，科学家们已经能够获得独到的见解和发明系统。格勒诺布尔大学的一组研究人员最近开发了一种具有可变形磁场的3D打印微观结构的新方法。该小组的新技术涉及将磁性微珠添加到标准的双光子聚合（2PP）3D打印对象中，创建只能使用外部磁场才能操作的纳米镊子。

在其他地方，莱顿大学（Leiden University）的研究人员最近使用3D打印来生产微米级的复杂微游泳器和其他结构。这种结构类似于尖球形，船和宇宙飞船，可用于研究水中各种细菌的游动机制。