▲在声学打印技术中，声波会产生一种可控的力，当喷嘴中的每一滴液达到特定大小时，它会将其从喷嘴上拉下来，朝印刷目标喷射——宛如从树上摘苹果那样！来源：Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Harvard University
哈佛大学的研究人员开发出一种能利用声波产生液滴的印刷新技术，并可应用于于各种成分和粘度的液体。未来这一技术将帮助我们制造出多种新型生物制药、化妆品和食品，还可以拓展光学材料和导电材料的发展潜力。相关成果于8月31日发表在《科学进展》杂志上。
“我们利用声学力创造了一项新技术，可以以按需喷墨的方式打印无数种材料。”詹妮弗·刘易斯说。她是哈佛大学约翰A·鲍尔森工程与应用科学学院（SEAS）的汉斯堡怀斯生物启发工程学教授，也是发表在《科学进展》杂志上的相关论文的资深作者。
从在纸上印刷油墨到制造药物微胶囊，液滴出现在多种应用中。喷墨打印是利用液滴形成图案的最常见技术，但它只适用于黏性约为水10倍的液体。然而，研究人员感兴趣的许多流体往往更为黏稠。例如，在生物制药和生物打印中极为关键的生物聚合物和负载细胞的溶液，其黏性至少是水的100倍。某些糖基生物聚合物的黏稠度堪比蜂蜜，是水黏稠度的25000倍以上。这些流体的黏度还会随着温度和成份的改变而发生显著变化，因此在印刷中，要精控这些液滴的尺寸更为困难。
论文的第一作者、布兰科·韦斯会士、SEAS和WYSS研究所的材料科学与机械工程学研究助理丹尼尔·弗雷斯蒂说：“我们的目标是开发出独立于流体材料性质的印刷系统，以避免流体黏度的影响。”
为此，研究人员把目光转向了声波。
由于存在重力，任何液体都会滴落——从水龙头流出的水滴到百年的沥青滴漏实验。沥青的黏度大约是水的两千亿倍，每十年形成一滴。为了加速液滴的形成，研究小组运用了通常被用来对抗重力的声波。这次，研究人员使用声波来辅助重力，混成一种新的印刷技术——声学打印（acoustophoretic printing）。
研究人员建造了一个亚波长声谐振器，它能产生易控制的声场，从而在打印机喷嘴尖端产生一个超过100倍重力（1G）的拉力——相当于太阳表面重力的四倍多。这种可控的力会在每个液滴达到特定尺寸时将其从喷嘴上拉下来，喷向打印目标。声波的振幅越高，液滴越小，完全不受流体黏度的影响。
研究人员使用了多种液体材料来测试这一技术，从蜂蜜到干细胞墨水、生物聚合物、光学树脂，甚至是液态金属等。重要的是，声波不会通过液滴传播，因而该方法即使应用于敏感的生物学液体（如活细胞或蛋白质）也是安全的。
“我们的技术应会对制药工业产生直接的影响。”刘易斯说，“但我们相信，它还将成为多个产业的重要平台。”
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编译：馥莉 审稿：阿淼 责编：张梦
期刊来源：《科学进展》
期刊编号：2352-5398
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180831150156.htm
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