新型3D打印技术：将电子器件和细胞直接打印到皮肤上！

导读

近日，美国明尼苏达大学的研究人员采用定制的低成本3D打印机，首次将电子器件打印到人手上。有了这项技术，战场中的士兵可以将临时的传感器打印到身体上，检测化学或者生物药剂；也可以将太阳能电池打印到身体上，对于必要的电子产品进行充电。

背景

传统的3D打印技术，通常依赖于开环的、校准后打印的操作程序。然而，自适应的3D打印技术成为了一种替代方案。它是闭环的，并将实时的反馈控制与功能材料直写成型技术相结合，从而可以在移动的自由曲面上打印相关设备。

创新

在一项突破性的新研究中，美国明尼苏达大学（University of Minnesota ）的研究人员采用了定制的低成本3D打印机，首次将电子器件打印到真实的人手上。有了这项技术，战场中的士兵可以将临时的传感器打印到身体上，检测化学或者生物药剂；或者也可以将太阳能电池打印到身体上，对于必要的电子产品进行充电。

（图片来源：McAlpine 研究小组 / 明尼苏达大学）

研究人员也首次成功地将生物细胞打印到老鼠的皮肤伤口上。这项技术将带来用于伤口愈合的新医疗方案，以及针对皮肤病移植物的直接打印。

4月25日，这项研究的论文发表于学术杂志《先进材料（Advanced Materials）》的封底内页上。

技术

这项3D打印技术的关键创新之一，就是这种打印机在打印期间可以根据人体的细微运动进行调整。临时标记被安放到皮肤上，然后皮肤再接受扫描。打印机采用计算机视觉实时调整动作。

（图片来源：明尼苏达大学）

论文领导作者、明尼苏达大学机械工程系副教授 Michael McAlpine表示：“当采用皮肤上的打印机时，无论一个人多么努力地尝试保持静止，他也会轻微地运动，而且每只手都不相同。这种打印机可以利用标记，追踪手的运动，根据手的运动和外型进行实时调整，所以打印的电子器件能够保持住电路形状。”

另外一项独特的3D打印技术功能，就是采用由银片制成的特制墨水。银片可以在室温下加工并导电。这不同于其他的3D打印墨水，它们需要在高温下加工（高达100摄氏度或者212华氏度），会烧伤手部。

移除电子器件的办法很简单，只需要采用镊子剥掉它们或者用水冲洗。

价值

（图片来源：明尼苏达大学）

Michael McAlpine 表示：“我们对于这种新型3D打印技术的潜力感到非常兴奋，它采用便携式、轻量、成本低于400美元的3D打印机。我们可以想象，一个士兵可以从背包中拿出这个打印机，将化学传感器或者他们需要的其他电子产品直接打印到皮肤上。它就像一把未来的‘瑞士军刀’，他们所需要的所有东西都可以通过一个便携式3D打印机工具实现。”

除了电子器件，这种新型3D打印技术也为其他许多应用铺平了道路，包括给皮肤病患者打印细胞。McAlpine 的团队与明尼苏达大学治疗罕见皮肤病的专家 Dean Jakub Tolar 展开合作，成功地采用一种生物墨水，在老鼠皮肤伤口上打印细胞，这将为皮肤病患者带来更加先进的治疗方法。

McAlpine 表示：“在皮肤上直接打印电子器件或者细胞的想法非常吸引我。这是一个如此简单的想法，但是为未来许多重要应用来说具有无限的潜力。”

关键字

3D打印、医疗、电子

参考资料

【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