新型3D打印設備可大規模生產納米粒子

材料牛注：納米材料的研究進展得如火如荼，但是想要制備出理想的納米材料卻并沒有那么容易。目前，南加州大學的研究人員找到了一種新的方法來大規模生產納米粒子，該研究成果已發表在Nature Communications上。

納米顆粒——比頭發絲直徑還要小100000倍的粒子，從藥物緩釋劑到汽車尾氣處理催化劑再到高清電視，都有可以看見納米顆粒的身影。由于其具有很大的相對表面積這一“特殊屬性”，使得它們成為工業和科學研究的“寵兒”。

但是制備納米顆粒卻是一件費錢又傷神的事。例如，金納米粒子，它們很容易穿過細胞膜，但不造成任何的傷害，相比于大多數穿透細胞膜的異物的會傷害或殺死細胞而言，這是非常獨特的性質！它們可以穿過細胞膜，把藥物快速運送到病灶，甚至給腫瘤細胞致命劑量的輻射。然而,一毫克的金納米粒子目前成本約為80美元,即每克價格為80000美元,而1克純金價格才大約50美元。

目前，制造納米粒子的關鍵在于實驗室里將化學藥品在燒杯燒瓶里攪拌的技術人員。

針對于此，南加州大學的研究人員發明了一種制造納米粒子的新方法，這將改變原先艱苦的制備過程，將一件的苦差事變成一條大規模、自動化的生產線。該研究團隊由Noah Malmstadt以及Richard Brutchey領導，其研究成果已經發表在Nature Communications上。

與傳統的方法不同，Brutchey和Malmstadt的新方法利用微流體技術，即在極狹小的通道中控制流體的微小液滴的技術。

該研究團隊先采用3D打印技術打印出一些直徑為250微米的導管，他們認為這是最小的全封閉的3D打印導管。250微米什么概念呢？舉個例子吧，一粒塵埃的平均直徑是50微米。“為了能夠得到大規模成品，我們必須做的很小。”Brutchey說道。

研究人員用四個導管建立一個平行并排的網絡結構，將兩種不相容的液體(比如油和水)倒在管內進行混合。當兩種流體流向出口時，科研人員擠壓出極小的液滴。每滴液滴都擔任著微型反應器的角色，以利于原材料的混合以及納米粒子的生成。每一個微流控管可以創造數以百萬計的完全相同的液滴，來執行同樣的“任務”。

在早前，研究人員就設想過類似的系統，但其一直未能大規模投入生產，這是因為平行并排的結構意味著，如果一個管堵塞了，它會導致連鎖反應，使其周圍導管壓強增大，從而毀掉整個系統。

而Brutchey和Malmstadt繞過了這個問題，他們通過改變管的形狀,改善管與管之間的連接點，使液滴能夠以相同的大小產生，而且系統不受壓力變化的影響。

該項研究成果是由Malmstadt和 Brutchy與南加州大學維特比工學院的Malancha Gupta以及該校研究生Carson Riche和Emily Roberts共同合作研究的。

原文參考地址

感謝材料人素材組趙丹供稿