文章專區

在科技不斷進步的今天，科學家一直試著模仿和複製自然界中的奇妙結構。最近，美國伊利諾伊大學（University of Illinois）的研究團隊開發出一種嶄新的「嵌入式溶劑交換3D列印技術」（embedded solvent exchange 3D-printing），能夠製造出與自然界中最細微纖維相媲美的結構，不僅突破傳統3D列印的限制，更為生物醫學、材料科學等領域帶來新的可能性。這項研究也已發表在期刊《自然通訊》（Nature Communications）中。

傳統的3D列印技術是在空氣中逐層堆疊材料，因此製作複雜結構時往往需要額外的支撐。而嵌入式溶劑交換3D列印技術採用了「嵌入式列印」（embedded printing）的方法，將材料直接注入水凝膠（hydrogel）中進行列印。這種方法的優勢在於水凝膠本身就能為列印結構提供支撐，使複雜形狀（例如螺旋彈簧）的製作變得更加容易。

此技術最大的突破在於， 研究團隊改良溶劑交換（solvent exchange）的方式，成功克服微觀尺度的列印限制。新設計的列印材料一旦進入凝膠就會快速固化，避免列印太過纖細的成品時，因表面張力而發生斷裂問題。這項新技術可以列印出直徑僅1.5微米（μm）的纖維，與蜘蛛絲或盲鰻（hagfish）黏液中的纖維尺寸相去不遠。

其實，研究團隊的靈感正是來自於盲鰻的黏液。盲鰻能夠分泌出具有獨特機械性能的黏液，其中包含微米級的纖維束。這種天然結構啟發科學家開發出精密列印技術，而最終，此技術的應用範圍遠超出了最初的設想。

嵌入式溶劑交換3D列印技術的重要性不僅在於突破性的解析度，更具啟發性之處在於，它為未來材料開發開闢了新的道路。研究人員可以將功能性材料與超細纖維結合，創造出具有特殊性能的仿生結構。這種創新的技術能夠製造出直徑極小的纖維結構，支撐用的水凝膠則可以重複使用，並且藉由多重噴嘴並行來提高生產效率；最重要的是無需額外支撐結構即可製作複雜的3D形狀，使用特殊的溶劑交換方式就能確保結構穩定性。

目前研究團隊正專注於開發能夠應用於半導體製造的精細微結構，它的優勢在於能製造出傳統半導體工藝無法實現的精密結構，尤其是在需要微米級精度的元件製造過程中。透過持續改進這項技術，研究人員期望能為半導體產業帶來更多創新的製程解決方案，並推動微觀製造技術的進一步發展。

新聞來源
Parks, T. (February 23 2025). New 3D printing method replicates nature's finest fibers. University of Illinois Urbana-Champaign.https://mechse.illinois.edu/news/73641.