耦合水域的橋梁 科學家3D打印全液體'實驗室芯片'
魔猴君 行業(yè)資訊 2016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打印全液體設備，只需點擊一下按鈕，就可以根據(jù)需要反復重新配置，以滿足廣泛的應用需求 - 從制作電池材料到篩選候選藥物?！拔覀冋故镜氖欠欠驳?。我們的3D打印設備可以編程，按需執(zhí)行多步驟，復雜的化學反應，”負責該研究的伯克利實驗室材料科學部和分子鑄造部的科學家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。”
這項研究的結果發(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部領導的結構化液體自適應界面組件項目的先驅，開創(chuàng)了一種印刷各種液體結構的新技術。 - 從液滴到液體旋轉的螺紋 - 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用的有用流體設備，從新型小型化學實驗室到電池和電子設備。設備?！?/span>
為了制作可打印3D的流體設備，伯克利實驗室材料科學部的博士后研究員，主要作者Wenqian Feng設計了一種特殊圖案的玻璃基板。當兩種液體 - 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品以特定順序遇到催化劑，引發(fā)一系列化學反應以產(chǎn)生特定的化合物。當由計算機控制時，這個復雜的過程可以自動“執(zhí)行與催化劑放置相關的任務，在設備內(nèi)構建液橋，并運行制造分子所需的反應序列，”Russell說。
多任務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)行化學合成步驟。“這些設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和材料界的一個新興領域，我們用于全液體流動化學的3D打印設備技術可以幫助在建立該領域中發(fā)揮重要作用?！?/span>
Russell補充說：“伯克利實驗室的材料科學和化學專業(yè)知識的結合，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接下來計劃使用導電納米粒子對裝置的壁進行通電，以擴大可以探索的反應類型。赫爾姆斯說：“憑借我們的技術，我們認為應該可以制造全液體電路，燃料電池甚至電池?！薄拔覀兊膱F隊將流體和流動化學結合起來，既方便用戶又可用戶編程，這真是令人興奮?！?/span>
