Сегодня мало кого удивишь 3D-печатью, но есть в ней ряд областей, для которых необходима запредельная точность печати. Принтеры для таких задач — это штучные изделия, компоненты для которых, например, сопла, производятся в чистых комнатах полупроводниковых заводов. Цена вопроса соответствует и не радует. Это мешает широкому внедрению наиболее технологичных решений, с чем решили разобраться учёные из MIT.
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews
В своей работе исследователи использовали фотополимерный принтер ценой всего $13 тыс., что для фармацевтических проектов как пыль под ногами. «Мои парни кока-колы в год на миллион долларов выпивают», — как говорил один бухгалтер из компании игроделов. В бигфарме примерно так же, разве что пьют другие напитки. На этой недорогой платформе команда из Массачусетса смогла напечатать сопла для 3D-принтера уровня «чипов», а то и лучше!
Более того, разработанные и напечатанные в фотополимерной смоле трёхосевые микросопла получили возможность настраивать интенсивность подачи и размера капель. Это обеспечило основу для многослойной печати моделей, в данном случае — многокомпонентных химических соединений, жидкие слои которых не смешивались, но чередовались настраиваемым образом. После затвердевания они превращались в многослойные микрочастицы.
Экспериментальное сопло, созданное условно «на коленке», представляло собой массив из 16 сопел на площади около 1 см2. Внутри массива была реализована сложная сеть трёхмерных микроканалов, равномерно подводящих жидкости к каждому соплу. Весь процесс изготовления занял несколько часов, что намного эффективнее и дешевле, чем привлекать ресурсы чистой комнаты.
В команде считают, что предложенное решение обеспечит базу для массового производства микрочастиц с программируемой структурой. Например, можно создать лекарственную микрочастицу, где внешний слой постепенно разрушается в желудке, второй регулирует скорость высвобождения, а ядро доставляет действующее вещество в нужный участок кишечника. Аналогично такие частицы могут применяться в биосенсорах, искусственных клетках для регенерации тканей и самовосстанавливающихся материалах.
Важность работы в том, что 3D-печать позволяет создавать геометрию сопел и не только, которую трудно или невозможно получить в случае классического производства в условиях чистой комнаты. Это сделает свехточную 3D-печать доступной гораздо большему числу лабораторий и производителей. Если метод удастся масштабировать, он может ускорить выпуск сложных лекарственных форм, функциональных микрочастиц и материалов, способных самостоятельно восстанавливать повреждения.