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  自從1997年微觀3D打印的概念提出以來(lái)，該領(lǐng)域就一直在不斷地克服著自己的極限：速度更快，產(chǎn)量更高，尺寸更小，分辨率更高。微觀3D打印的核心原理就是在激光光束的焦點(diǎn)上將光敏物質(zhì)進(jìn)行聚合反應(yīng)，基于此，理論上任何毫米級(jí)以下的器件都可以制造。事實(shí)上，通過(guò)微觀3D打印的材料與器件的確帶給了我們不一樣的東西，下面，筆者通過(guò)兩個(gè)范例進(jìn)行講解與說(shuō)明。

微觀3D打印：更小的密度，更強(qiáng)的材料

   更輕、更強(qiáng)，這一直以來(lái)都是人們對(duì)于高性能材料的追求。工程泡沫或許很輕，但與常規(guī)的材料相比強(qiáng)度明顯不夠，原因在于其微觀結(jié)構(gòu)太過(guò)無(wú)規(guī)。而一些輕質(zhì)的天然材料，比如骨頭，其層次分明的微觀單元結(jié)構(gòu)賦予其特殊的強(qiáng)度。受此啟發(fā)2014年德國(guó)Karlsruhe Institute of  Technology 的Jens Bauer在知名期刊《PNAS》上撰文，聲稱該課題組利用微觀3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)出一些微型骨架材料，這些結(jié)構(gòu)由陶瓷-聚合物復(fù)合物構(gòu)成，總體密度比水還要?。ǖ陀?000kg/m3）。這些微型材料骨架的強(qiáng)度相對(duì)于質(zhì)量的比例甚至超過(guò)了所有的工程材料。

   （說(shuō)明：圖中第一排為電腦輔助設(shè)計(jì)的模型。第二排為3D打印出的材料骨架結(jié)構(gòu)的電鏡圖像。黑色標(biāo)尺的長(zhǎng)度為10微米。）

   在隨后的單軸壓縮試驗(yàn)中，不同的骨架細(xì)節(jié)特點(diǎn)對(duì)于其抗壓能力有著顯著的影響。比如蜂窩形明顯要比六角形的抗壓。

微觀3D打印：給細(xì)胞蓋房子

   組織與器官是細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、信號(hào)分子的復(fù)雜集合體，它們可以認(rèn)為是細(xì)胞的二維或者三維尺度上的集合。對(duì)于活體組織來(lái)講最重要的就是局部的細(xì)胞微環(huán)境，這種微環(huán)境代表了細(xì)胞的生物化學(xué)與物理刺激，它們協(xié)同作用使細(xì)胞可以增殖、分化、遷移與凋亡。

   而組織工程的作用就是要重建或者代替那些受損的器官，所以，組織工程中所用的三維支架就起到了重要的作用，它有點(diǎn)像細(xì)胞外基質(zhì)，細(xì)胞在其上吸附、增長(zhǎng)并形成新的組織。越來(lái)越多的研究結(jié)果表明，這些三維支架的構(gòu)造形式會(huì)顯著影響細(xì)胞的應(yīng)答機(jī)制。而微觀3D打印出現(xiàn)，使得人們可以構(gòu)造出極其復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，用以模擬活體組織中的復(fù)雜細(xì)胞微環(huán)境。

   上圖展示的即為人們利用微觀3D打印構(gòu)造的各式各樣的用于培養(yǎng)細(xì)胞或者研究細(xì)胞行為的三維支架結(jié)構(gòu)，尺寸基本在1mm以下。微觀3D打印較好的可重復(fù)性與超高的分辨率，為科學(xué)家研究細(xì)胞響應(yīng)行為、建立細(xì)胞應(yīng)答機(jī)制，進(jìn)而開(kāi)發(fā)新的組織工程材料貢獻(xiàn)巨大。

   總之，過(guò)去幾年微觀3D打印領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)帶給了我們足夠多的驚喜。它帶我們的不只是小，更代表了人類對(duì)于改造世界能力的提升。微觀的3D打印，尺寸固然細(xì)小，但是它所包含的乾坤，卻是無(wú)限深邃與宏大。

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