Российские биологи и физики создали уникальные наночастицы, позволяющие печатать трехмерные структуры произвольной формы и любых размеров в один присест с помощью обычного инфракрасного лазера. Инструкции по сборке 3D-принтера на их основе опубликованы в журнале Scientific Reports. 

Трехмерная структура, напечатанная при помощи новых наночастиц 

© Кирилл Хайдуков (Иллюстрация из статьи Rocheva et al, 2018 / Scientific Reports)

"Эту идею можно применять в биомедицинских целях, в частности, в тканевой инженерии, замещая поврежденные части органов и тканей с помощью различных полимерных материалов. Мы ожидаем, что наша технология позволит создавать конструкции нужных размеров и свойств внутри живых тканей для замещения повреждений", — заявил Кирилл Хайдуков из ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.

За последние годы ученые и инженеры создали десятки новых типов 3D-принтеров, способных печатать практически любыми материалами, начиная от классической пластмассы и заканчивая живыми клетками и расплавами металлов. Эти технологии стали весьма популярны благодаря универсальности, дешевизне и гибкости, однако они все же не лишены недостатков, которые пока мешают их распространению.

К примеру, большинство таких 3D-принтеров страдает от двух взаимосвязанных проблем — невысокой разрешающей способности и неспешной работы. И то и другое связано с тем, что подобные установки печатают трехмерные конструкции послойно, нанося новые слои пластика на заготовку. В большинстве же случаев гораздо проще и быстрее выточить нужную деталь из цельного куска пластика или металла, чем ждать, пока его распечатает принтер.

Хайдуков и его коллеги решили эту проблему и разработали первый действительно полноценный трехмерный принтер. Для этого они создали особые наночастицы, способные преобразовывать импульсы инфракрасного излучения в пучки ультрафиолета.

Как связаны между собой наночастицы, 3D-печать и ультрафиолет? Дело в том, что многие полимеры, которые используются и в подобных принтерах, и в промышленности, получают, обстреливая пучками ультрафиолета смесь из мономеров и специальных веществ, усиливающих действие света. УФ-лучи расщепляют часть заготовок полимера и заставляют их объединяться в цепочки.

Проблема заключается в том, что ультрафиолет проникает в такую смесь неглубоко, и это не позволяет использовать реакцию фотополимеризации для производства объемных конструкций больших размеров. По этой причине, к примеру, стоматологи вынуждены наносить пломбы послойно, обрабатывая светом каждую порцию полимерного материала отдельно.

Российским ученым удалось решить эту проблему при помощи наночастиц из натрия, тулия, иттербия и фтора, которые позволяют равномерно распределить ультрафиолет по всей толще создаваемой трехмерной конструкции. В качестве источника энергии используется инфракрасное излучение.

Как объясняют физики, смесь из жидких заготовок полимерных материалов будет практически полностью прозрачной для ИК-лучей, в отличие от видимого света или ультрафиолета, поэтому они будут "просвечивать" всю их толщу и примерно одинаково взаимодействовать с наночастицами во внутренних и внешних слоях будущей 3D-структуры.

По словам Хайдукова и его коллег, их детище совместимо с уже существующими полимерными материалами, что позволяет использовать подобные 3D-принтеры на практике прямо сейчас. Как они надеются, эта идея найдет применение в трехмерном лазерном рисовании, микрообработке материалов, в голографии, а также в электронике и системах обработки данных.

 

Источники

Ученые создали универсальную технологию 3D-печати из полимеров
Margust (gazeta-margust.ru), 04/04/2018
Ученые создали универсальную технологию 3D-печати из полимеров
Газета.Ru, 04/04/2018
Российские ученые создали первый "настоящий" 3D-принтер
ИА Город Новостей (city-n.ru), 04/04/2018
Российские ученые создали первый "настоящий" 3D-принтер
РИА Новости, 04/04/2018
Инфракрасный свет позволит напечатать из полимера что угодно
Индикатор (indicator.ru), 04/04/2018
Глава ФАНО: задача по увеличению зарплат ученым РАН выполнена
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 04/04/2018
Российские ученые создали быстрый 3D-принтер с помощью наночастиц и лазера
Вести.ru, 04/04/2018
Создана технология печати из полимеров чего угодно - от голограмм до биологических тканей
Российская академия наук (ras.ru), 05/04/2018
Фотополимеризация поможет напечатать 3D-структуры толщиной с волос
Newstes.ru, 05/04/2018
Российские ученые создали первый полноценный 3D-принтер на основе уникальных наночастиц
Научная Россия (scientificrussia.ru), 19/04/2018
Российские ученые создали первый "настоящий" 3D-принтер.
Gazetaprotestant (gazetaprotestant.ru), 05/07/2018
Российские ученые создали первый "настоящий" 3D-принтер.
Газета Новости Москвы (novosti-moskvy.ru), 05/07/2018

Похожие новости

  • 27/06/2017

    Российские ученые разработали материалы для пластиковых солнечных батарей

    ​Научные сотрудники Института проблем химической физики РАН разработали высокоэффективные и стабильные тонкопленочные солнечные батареи на основе органических полупроводниковых материалов: сопряженных полимеров и производных фуллеренов.
    673
  • 26/12/2016

    Российские генетики разработали методику поиска ключей для подавления ВИЧ

    ​Генетики из Института иммунологии и Московского университета придумали способ, который позволит быстро выделить гены и белки, которые ВИЧ использует для заражения человеческих клеток и размножения внутри них, и найти антитела, блокирующие их работу, говорится в статье, опубликованной в Journal of Immunological Methods.
    1002
  • 09/01/2018

    Российские ученые нашли устойчивые к прорастанию гибриды пшеницы и пырея

    Биологи из Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева, Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН и ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАН оценили устойчивость различных сортов гибрида пшеницы и пырея к предуборочному прорастанию и нашли связанный с ней ген.
    617
  • 17/01/2018

    Российским химикам удалось снизить порог обнаружения онкопрепаратов в опухолевых тканях

    Ученым удалось в 10 раз снизить порог обнаружения онкопрепаратов в раковых клетках. Работа выполнена в Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. Применение этого открытия позволит анализировать воздействие лекарств на отдельные фрагменты опухоли и разрабатывать программы индивидуальной терапии для онкобольных.
    555
  • 25/01/2016

    Российские ученые разработали новую биосенсорную тест-систему для анализа крови

    ​Отныне анализ крови станет не сложнее теста на беременность, благодаря новой разработке исследователей из ИОФ РАН и МФТИ. Речь идет о новой  биосенсорной тест-системе, основанной на применении магнитных наночастиц и предназначенной для очень точного измерения концентрации белковых молекул (например, так называемых «маркеров», которые указывают на начало или развитие заболеваний) в различных образцах, включая непрозрачные или сильно окрашенные жидкости.
    1741
  • 27/12/2017

    Исследователи реализуют проект, позволяющий исправлять мутации ДНК митохондрий

    ​В последнее время все чаще можно услышать о тяжелых наследственных заболеваниях митохондриальной этиологии. Эти недуги вызываются дефектами митохондрий, которые являются своеобразными "энергетическими станциями" клеток организма.
    975
  • 08/04/2016

    Российские ученые изучили атеросклеротические изменения сосудов

    ​Группа ученых из МГУ исследовала генетические механизмы, стоящие за развитием атеросклеротических изменений сосудов. Полученные результаты потенциально имеют практическое значение для оценки риска возникновения инфаркта миокарда.
    1385
  • 08/06/2017

    Объявлены лауреаты Госпремии 2016 года за выдающиеся достижения в области науки и технологий

    ​​Объявлены лауреаты Государственной премии Российской Федерации 2016 года за выдающиеся достижения в области науки и технологий. Указ об этом опубликован на официальном сайте Президента РФ. Госпремию вручат нефтяникам, врачам и астрофизикам​.
    1628
  • 30/05/2017

    Российские биохимики смоделировали фотосинтезирующий комплекс цианобактерий

    ​В Институте физиологии растений имени К.А. Тимирязева (ИФР) РАН изучили строение фикобилисомной антенны цианобактерий – макромолекулярного комплекса, ответственного за фотосинтез в клетках бактерий.
    720
  • 13/12/2017

    Российский физик нашел новый способ запустить термоядерную реакцию

    Физик из МГУ и Института прикладной математики РАН доказал, что термоядерную реакцию можно запустить, используя уже существующие ускорители плазмы и магнитные ловушки, что может ускорить создание чистых источников энергии, говорится в статье, опубликованной в журнале Plasma Physics and Controlled Fusion.
    819