Немецкие исследователи разработали новую технологию трехмерной печати. С помощью ультразвуковых волн они создали поля давления, формирующие из частиц материала готовый объект. Метод позволяет использовать для печати твердые частицы, гидрогелевые шарики и даже живые клетки, что открывает путь новым методам биоинженерии.
Трехмерная печать позволяет изготавливать сложные детали из функциональных или биологических материалов. Однако обычно это медленный процесс, так как объекты создаются постепенно, слой за слоем. Теперь ученые из Института медицинских исследований Макса Планка и Гейдельбергского университета (Германия) предложили новую технологию 3D-печати, позволяющую сформировать трехмерный объект из более мелких строительных блоков всего за один шаг. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Для печати 3D объектов авторы использовали звук. Звуковые волны могут воздействовать на материю, и для манипуляции мельчайшими частицами материала ученые применяли высокочастотный ультразвук, недоступный человеческому уху.
В предыдущих исследованиях ученые разработали метод формирования высокочастотных ультразвуковых волн с помощью акустических голограмм — 3D-печатных пластин, которые предназначены для кодирования определенного звукового поля. Акустическая голограмма формируется при отражении звука от сложного рельефа поверхности пластины — точно так же, как обычные голограммы получаются при отражении света от узора на поверхности материала.
Ранее авторы продемонстрировали, что эти звуковые поля можно использовать для сборки материалов в двухмерные узоры. Теперь на основе этого ученые разработали и концепцию создания объемных объектов. Частицы материала плавают в воде, а под воздействием сложных, воспроизведенных с акустической голограммы ультразвуковых полей собираются в трехмерную форму. Метод позволяет работать с различными материалами, в том числе с частицами стекла, шариками из гидрогеля и даже с живыми клетками.
Ученые полагают, что их технология может стать перспективной платформой для формирования клеточных культур и тканей в объеме. Преимущество ультразвука заключается в том, что он не разрушает живые клетки и может проникать глубоко в ткани. Таким образом, его можно использовать для удаленного управления и безопасного перемещения клеток.