不久前，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)Michael McAlpine研究團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)期刊上發(fā)表了新的研究成果-3D打印仿生眼。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一種復(fù)合材料3D打印機(jī)以及導(dǎo)電的油墨材料，在玻璃半球的自由曲面上制造出圖像傳感陣列。

本期，3D科學(xué)谷就與谷友一起來(lái)了解明尼蘇達(dá)大學(xué)團(tuán)隊(duì)在制造3D打印仿生眼時(shí)所使用的3D打印技術(shù)。

電子技術(shù)與生物學(xué)相融合

McAlpine研究團(tuán)隊(duì)所從事的領(lǐng)域?qū)儆趯⑸镫娮訉W(xué)領(lǐng)域，他們通過(guò)復(fù)合材料3D打印技術(shù)，在自由曲面和基底上制造打印納米級(jí)的電子油墨。通過(guò)3D打印技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⒂性措娮釉O(shè)備與生物學(xué)相結(jié)合，制造自由幾何形狀的仿生器官，例如仿生眼、智能假肢。

明尼蘇達(dá)大學(xué)Michael McAlpine的團(tuán)隊(duì)正在研究多種3D打印材料，用于制造生物電子裝置，左邊第一張圖即為前不久發(fā)布的3D打印仿生眼。圖片來(lái)源：明尼蘇達(dá)大學(xué)。

生物體的器官、組織是柔性的、三維的，并且對(duì)溫度敏感，而通常功能電子器件是平面的、剛性的，如果通過(guò)常用技術(shù)來(lái)制造仿生電子裝置，與生物學(xué)(人體)的器官、組織的特性并不相符。

3D科學(xué)谷了解到，明尼蘇達(dá)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)解決以上問(wèn)題的方式是使用3D打印技術(shù)，提供自由幾何形狀的制造。該方法解決了許多可能性：（1）使用3D打印實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的多功能設(shè)備架構(gòu); （2）采用納米油墨作為引入各種材料功能的有利途徑; （3）3D打印一系列功能性墨水，以實(shí)現(xiàn)從生物到電子的各種材料的交織。

3D打印提供了一個(gè)多尺度平臺(tái)，可以結(jié)合功能納米級(jí)墨水，創(chuàng)建微尺度特征，并最終創(chuàng)建宏觀打印對(duì)象。

3D科學(xué)谷Review

明尼蘇達(dá)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)表示該技術(shù)從研究階段到走向應(yīng)用還將精力很長(zhǎng)的道路，但目前已可以比較清晰的看到這類3D打印技術(shù)在制造功能電子產(chǎn)品時(shí)所體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。

以明尼蘇達(dá)州大學(xué)已發(fā)布的3D打印仿生眼為例，這款仿生眼實(shí)際上是一款由3D打印技術(shù)制造的半導(dǎo)體器件，研究團(tuán)隊(duì)表示3D打印仿生眼能夠?qū)崿F(xiàn)25.3%的光電轉(zhuǎn)化率，堪比用傳統(tǒng)微電子制造方式制造的半導(dǎo)體器件，但是3D打印技術(shù)能夠在自由曲面上制造電子器件，這是傳統(tǒng)微電子技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，傳統(tǒng)硅基微電子技術(shù)是以大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。這種技術(shù)主要是指在半導(dǎo)體材料芯片上通過(guò)微細(xì)加工制作電子電路。在過(guò)去50年，硅基半導(dǎo)體微電子技術(shù)占據(jù)了電子技術(shù)的絕對(duì)主導(dǎo)地位，但隨著電路尺寸進(jìn)入20納米時(shí)代，集成電路加工的工藝越來(lái)越復(fù)雜，所需要的投資規(guī)模巨大，全球硅基集成電路制造壟斷在少數(shù)幾家大公司手中。

而包括3D打印技術(shù)在內(nèi)的印刷電子技術(shù)是新興的電子制造技術(shù)。直接在基底上同時(shí)印制出電路與元件，無(wú)需后續(xù)插入元件是印刷電子技術(shù)的典型優(yōu)勢(shì)，但是該技術(shù)目前不具備傳統(tǒng)硅基微電子制造技術(shù)的高精度與高密度，材料性能比傳統(tǒng)微電子制造技術(shù)所依賴的晶體材料差，電子行業(yè)業(yè)內(nèi)有專家認(rèn)為目前看來(lái)該技術(shù)是傳統(tǒng)電子技術(shù)的補(bǔ)充。

來(lái)源：3D科學(xué)谷