耦合水域的橋梁 科學(xué)家3D打印全液體'實驗室芯片'
魔猴君 行業(yè)資訊 2049天前
美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的研究人員使用3D打印全液體設(shè)備，只需點擊一下按鈕，就可以根據(jù)需要反復(fù)重新配置，以滿足廣泛的應(yīng)用需求 - 從制作電池材料到篩選候選藥物。“我們展示的是非凡的。我們的3D打印設(shè)備可以編程，按需執(zhí)行多步驟，復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，”負(fù)責(zé)該研究的伯克利實驗室材料科學(xué)部和分子鑄造部的科學(xué)家Brett Helms說?！案钊梭@奇的是，這個多功能平臺可以重新配置，以高效精確地組合分子，形成非常特殊的產(chǎn)品，如有機電池材料?！?/span>
這項研究的結(jié)果發(fā)表在Nature Communications雜志上，是伯克利實驗室用3D打印機制作全液體材料的一系列實驗中的最新成果。
去年，由赫爾姆斯和馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的訪問研究員托馬斯·拉塞爾共同撰寫了一項研究，他是伯克利實驗室材料科學(xué)部領(lǐng)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)化液體自適應(yīng)界面組件項目的先驅(qū)，開創(chuàng)了一種印刷各種液體結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。 - 從液滴到液體旋轉(zhuǎn)的螺紋 - 在另一種液體中。
赫爾姆斯說：“在那次成功的演示之后，我們聚在一起集思廣益，討論如何使用液體印刷來制造功能正常的設(shè)備?！薄叭缓笏l(fā)生在我們身上：如果我們可以在確定的通道中打印液體并通過它們流動內(nèi)容而不會破壞它們，那么我們就可以制造出適用于各種應(yīng)用的有用流體設(shè)備，從新型小型化學(xué)實驗室到電池和電子設(shè)備。設(shè)備?！?/span>
為了制作可打印3D的流體設(shè)備，伯克利實驗室材料科學(xué)部的博士后研究員，主要作者Wenqian Feng設(shè)計了一種特殊圖案的玻璃基板。當(dāng)兩種液體 - 一種含有納米級粘土顆粒，另一種含有聚合物顆粒 - 被印刷到基底上時，它們在兩種液體的界面處聚集在一起，并在幾毫秒內(nèi)形成直徑約1毫米的非常薄的通道或管。
一旦形成通道，催化劑可以放置在裝置的不同通道中。然后，用戶可以在通道之間3D打印橋接件，將它們連接起來，使得流過它們的化學(xué)品以特定順序遇到催化劑，引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生特定的化合物。當(dāng)由計算機控制時，這個復(fù)雜的過程可以自動“執(zhí)行與催化劑放置相關(guān)的任務(wù)，在設(shè)備內(nèi)構(gòu)建液橋，并運行制造分子所需的反應(yīng)序列，”Russell說。
多任務(wù)裝置還可以被編程為像人工循環(huán)系統(tǒng)一樣工作，該系統(tǒng)分離流過通道的分子并在其繼續(xù)將特定催化劑的橋連接序列打印時自動去除不需要的副產(chǎn)物，并執(zhí)行化學(xué)合成步驟。“這些設(shè)備的形式和功能僅受研究人員的想象力限制，”赫爾姆斯解釋說?！白灾骱铣墒腔瘜W(xué)和材料界的一個新興領(lǐng)域，我們用于全液體流動化學(xué)的3D打印設(shè)備技術(shù)可以幫助在建立該領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用?！?/span>
Russell補充說：“伯克利實驗室的材料科學(xué)和化學(xué)專業(yè)知識的結(jié)合，以及來自世界各地的研究人員可以使用世界一流的用戶設(shè)施，以及吸引到實驗室的年輕人才是獨一無二的。我們不可能有在其他地方開發(fā)了這個程序?！把芯咳藛T接下來計劃使用導(dǎo)電納米粒子對裝置的壁進(jìn)行通電，以擴(kuò)大可以探索的反應(yīng)類型。赫爾姆斯說：“憑借我們的技術(shù)，我們認(rèn)為應(yīng)該可以制造全液體電路，燃料電池甚至電池?！薄拔覀兊膱F(tuán)隊將流體和流動化學(xué)結(jié)合起來，既方便用戶又可用戶編程，這真是令人興奮?！?/span>
