南极熊盘点：哈佛大学在3D打印方面的黑科技

哈佛大学，坐落于美国马萨诸塞州剑桥市，是一所享誉世界的私立研究型大学，是著名的常春藤盟校成员。这里走出了8位美利坚合众国总统，上百位诺贝尔获得者曾在此工作、学习，其在文学、医学、法学、商学等多个领域拥有崇高的学术地位及广泛的影响力，被公认为是当今世界最顶尖的高等教育机构之一。哈佛在各个科学方面的研究都有着巨大的贡献，当然在3d打印方面也不例外，下面南极熊就为大家来盘点一下哈佛在3d打印技术的一些黑科技。

1.哈佛3D打印的锂离子电池

哈佛大学的科学家们早在2013年6月首次推出3D打印电池。团队使用3D打印技术创建砂晶粒大小的锂离子微电池，这比人头发细的电池可以提供电力给微型设备，如机器人昆虫、医疗植入物、以及一些在实验室里发明很久了，但缺乏足够小的电池供电的设备。

它能够迅速打印不同设计的微小部件。这些三维锂离子微电池的大小为1平方毫米，但具有商业电池的特性。 因为Lewis可以参照更大的电池结构，而用100纳米的精度的布局和构建。在未来的几年里，Lewis的研究小组正在研究技术的商业化和许可证，他们也可能会为爱好者产生低端的打印机。

2.哈佛科学家3d打印出带微型血管的分层组织

哈佛大学生物工程研究所的科学家在2014年2月宣布他们使用多个打印头刚和定制的“墨水”制造出复杂的、带有完整微型血管的活性组织结构。 这个方法是制造人体组织结构的早期但非常重要的步骤，标志着人们向测试药物安全和有效性以及为受伤或患病的组织建立完整的功能性替代品迈出了重要的一步。

  哈佛Wyss研究所3D打印含血管组织研究团队的负责人Don Ingber博士说：“组织工程师一直在等待着这样的方法出现，在3维组织被植入前形成功能性血管网络的能力，不仅能促使更厚的组织形成，而且它也可以通过外科手术将这种人造血管网络与人体天然脉管相连接，实现体液顺畅联通，大大增加了植入组织的存活率。”

3.哈佛科学家用3D打印技术为心脏打补丁

2014年3月18日，哈佛研究人员在美国化学学会（ACS）第247次全国会议暨博览会上公布了他们的成果。美国化学学会是世界上最大的科学协会，这项研究是由哈佛医学院的Ali Khademhosseini、Nasim Annabi会同由Anthony Weiss领导的悉尼大学的一个小组共同完成的。

该研究小组一开始曾试图使用天然蛋白质形成类似明胶类的材料水凝胶，以模仿天然心脏的机械性能和生物性能。但据了解，该材料与人体组织并不相似。而且早期版本的水凝胶的会分解，而人类的心脏是有弹性的。

心脏组织的弹性对心肌在心脏跳动时的收缩起着关键作用。因此，研究人员使用更具弹性的人类弹性蛋白原开发了一系列新的凝胶。他们把弹性蛋白原暴露在紫外线光下，使它变成一种更加有弹性和韧性的物质。

4.哈佛科学家开发出可3D打印的热固性树脂

当前在3D打印中使用的塑料材料，主要是热塑性塑料和UV固化树脂这两类。但如今哈佛大学工程与应用科学院的材料科学家与 Wyss生物启发的工程研究所联手开发出了一种可3D打印的环氧基热固性树脂材料。 这些环氧树脂可3D打印成建筑结构件用在轻质建筑中。这些新的3D油墨是在环氧树脂中加入了纳米粘土片以增强粘度和一种二甲基甲基膦酸酯化合物。另外还向此混合物中添加了两种填料：金刚砂和碳纤维。

5.哈佛教授研发全新3D打印头可完美实现多材料融合

令两股不同材料的液体流汇入一个单一的管道中，然后实现二者的分散性融合。这项研究的内容是采用了主动混合技术的一种全新的3D打印头。该打印头内部安装有旋转叶轮，叶轮会以恒定速率旋转，将一系列复杂的材料液体很好地混合到一起，从而实现将柔性材料、硬质材料、导电材料和电阻油墨等多种完全不同的材料融合到单一的3D打印物体中。如果最终取得成功，这项研究将会为3D打印可穿戴设备、柔性机器人和电子产品开创出全新的可能性。

6.哈佛开发出新型水凝胶4D打印结构 — 遇水即可自动变形

4D打印是一种革命性的新技术。这一概念准确的说是一种自变形材料，只要受到某些因素的刺激（比如光、热、电、磁和振动），就能在无需机电设备的情况下自动变形为预设的形状。由于具有极大的应用前景，这种技术正在以丝毫不逊于3D打印的高速度迅猛发展着。最近，在这方面处于全球领先地位的哈佛大学保尔森工程与应用科学学院就与威斯生物工程研究所联合开发出了一种新型的微观4D打印结构。

这种新型4D结构是研究者通过3D打印技术使用一种“水凝胶墨水”制成的。该墨水是从一种含有木纤维的特殊水凝胶复合材料中提炼萃取的。由于使用了专门的材料预测模型，该结构会在遇水后逐渐膨胀、变硬，直至完全变形为预编程的形状。

7.哈佛团队3D打印出厚实血管网络可促进细胞生长

由于生物3D打印在许多领域都具有极高的潜在应用价值，所以目前，全世界的顶尖研究所和高效都在积极进行相关研究。哈佛大学工程与应用科学学院就与该校Wyss生物工程研究所联手这方面取得了新的突破：他们发明了一种新的方法，能够3D打印出厚度足够的血管化网络组织结构，而这种结构能让液体、营养物质和细胞生长因子顺利进入，保证植入其中的细胞存活并促进它们生长，最终形成完成的功能性组织。

“这项突破将提高我们使用多材料生物3D打印平台创建厚实人体组织的能力，令我们更接近创建出用于组织修复和再生的结构。”研究主要负责人，Wyss研究所的生物工程教授Jennifer A. Lewis表示。目前，大部分的生物3D打印技术都不能创建出能够维持组织生长的大型厚实血管化网络，不过现在，哈佛这个项目将有望消除这一痛点。

8.用黄金和活细胞3D打印了条鱼，竟能在光刺激下自主运动

哈佛一支由Kit Kevin Parker教授领导的团队又在生物3D打印方面取得了突破 — 他们用小鼠的心肌细胞和3D打印的黄金骨骼做出了一条迷你黄貂鱼，这样一个小东西却可以在光线刺激下自主运动，这主要是因为这条迷你黄貂鱼外部包裹的2层弹性聚合物。其中含有20万个小鼠的心肌细胞，它们都经过了基因工程的改造，能在光线刺激下发生收缩和舒张，所以能带动整体产生运动，

该技术除了能帮助科学家更好地理解黄貂鱼的运动方式，这项成果将会为机器人、人工智能、生物工程等多个领域带来好处，比如帮助他们更好地研究心肌细胞，从而开发出高性能的人工心脏，以及如何将生物组织与电子传感器相互融合等。

9.哈佛大学领衔3D打印全球首只自驱动柔性章鱼机器人

一支由美国哈佛大学领衔的研究团队利用3D打印技术制作出的一个柔性自驱动章鱼机器人。如果发展成熟，这类软体机器人可执行许多由硬质材料制成的传统机器人无法完成的任务。

这只3D打印章鱼机器人是由硅橡胶制成的，拥有8条触手，虽然高度不到2厘米，但却是麻雀虽小五脏俱全，其内部搭载了控制系统和燃料箱，能够实现一定程度的自主驱动。其运作方式大致如下：首先，作为燃料的过氧化氢溶液注入；然后它会与催化剂铂发生反应，生成水和氧气；接着，氧气会在控制系统协调下被传递到特定区域，从而以气动方式驱动章鱼的触手活动；而最后，这些气体会通过排气孔从机器人体内释放。