( 图源：ScienceDaily )

在 acoustophoretic 印刷中，声波会产生一种可控制的力量，当液滴达到特定尺寸时，它会将每一滴液滴拉下来，并将其射向打印目标——就像从树上摘苹果一样。

哈佛大学的研究人员开发了一种新的打印方法，利用声波从液体中产生液滴，这种液体的成分和粘度范围之大前所未有。

这项技术最终可以制造出许多新的生物制药、化妆品和食品，并扩大光学和导电材料的可能性。

" 通过利用声音的力量 , 我们创造了一项新的技术 , 使无数的材料能通过按需滴定的方式印刷出来 ," 哈佛大学约翰 · a · 保尔森工程与应用科学学院的詹妮弗 · 刘易斯 ( Jennifer Lewis ) 说，她也是论文的资深作者。

刘易斯也是 Wyss 生物工程学院的核心教员。这项研究发表在《科学进展》杂志上。

液滴在许多应用中被使用，从在纸上印刷油墨到制造用于药物输送的微胶囊。

喷墨打印是最常用的技术，用于让液滴形成图案，但它只适用于粘性大约 10 倍于水的液体。

然而，许多研究人员感兴趣的液体要粘稠得多。

例如，生物聚合物和充满细胞的溶液对生物制药和生物打印至关重要，其粘度至少是水的 100 倍。

一些以糖为基础的生物聚合物可以像蜂蜜一样粘稠，而蜂蜜的粘稠度是水的 2.5 万倍。

这些液体的粘度也随着温度和成分的变化而急剧变化，使得优化印刷参数以控制液滴尺寸变得更加困难。

" 我们的目标是从图像中分离粘性，通过开发一个打印系统独立于液体的材料特性 ,"Daniele Foresti 说 , 他是这篇论文的第一作者 , Branco Weiss 研究员、SEAS 和 Wyss 研究所的材料科学与机械工程副研究员。

为了做到这一点，研究人员转向声波。

由于重力的作用，任何液体都可以滴下——从水龙头滴出的水到长达一个世纪的沥青滴漏实验。

这个实验旨在证明物质的性质并不像看上去那样简单。一些物质看上去虽是固体，但实际上是粘性极高的液体，比如沥青，它在室温环境下流动速度极为缓慢。

研究人员通过这个实验估计，沥青的粘性大约是水的 1000 亿倍，大约每十年才会滴落一滴。

但仅在重力作用下，液滴尺寸仍然很大，液滴速度难以控制。

为了增强水滴的形成，研究小组依靠产生的声波。这些压力波通常被用来对抗重力，就像声悬浮的情况一样。

现在，研究人员正在使用它们来辅助重力，将这种新技术称为 acoustophoretic printing。

研究人员建立了亚波长声共振器 , 可以产生一个高度封闭声场，导致在打印机喷嘴的顶端的拉力超过正常重力的 100 倍 ( 1 G ) ，这比太阳表面的重力还要多四倍。

当液滴达到特定尺寸时，这种可控制的力将每个液滴拉出，并将液滴射向印刷目标。

声波的振幅越高，液滴的大小就越小，与液体的粘度无关。

" 这个想法是产生一个声场，逐个地分离出喷嘴上的微小液滴，就像从树上摘苹果一样。"Foresti 说。

研究人员在从蜂蜜到干细胞墨水、生物聚合物、光学树脂甚至液态金属等多种材料上测试了这一过程。

重要的是，声波不能通过液滴传播，这使得这种方法即使在敏感的生物载体 ( 如活细胞或蛋白质 ) 中也可以安全使用。

刘易斯说 :" 我们的技术应该会对制药业产生立竿见影的影响。但我们相信，这将成为多个行业的重要平台。"

NSF 的 MRSEC 项目主管 Dan Finotello 说 :" 这是合作研究广泛接触的一个精妙而有影响力的例子。"

" 作者开发了一种新的印刷平台，使用声音，这与其他方法不同，是独立于材料特性的，因此提供了巨大的印刷通用性。应用空间是无限的。"

哈佛科技发展办公室已经保护了与这个项目相关的知识产权，并正在探索商业化的机会。