2020年4月21日，從外媒獲悉，來自愛丁堡大學的研究人員利用FDM 3D打印技術制造出了一種低成本的電噴/電紡裝置，用于生物醫學應用。

雖然利用了不同的技術，但電噴和電紡技術都使用了類似的技術來生產納米結構。電紡技術可以生產出直徑約100納米的聚己內酯纖維。另一方面，電噴霧電離（ESI）則用于制備納米球和納米顆粒。然而，一個典型的實驗室電紡設備可以同時具備電噴和電紡模式。

愛丁堡大學材料與工藝研究所工程學院的研究人員發現，電噴和電紡法的商業化設置盡管相當簡單，但其成本在1.7萬-30萬美元之間。因此，許多研究人員都采用了不安全的自制解決方案。研究人員開發并分享了一種FDM 3D打印工藝，使其能夠制造出安全的、模塊化的電噴/電紡設置裝備。

△左圖：典型的電噴裝置的原理圖。右圖：典型的電紡裝置原理圖。

什么是電紡和電噴技術？

電紡技術是一種纖維生產方法，電紡技術是利用電的力量拉出高分子納米/超細纖維的帶電線。它是一種廣泛應用于制藥、醫藥或生物應用的方法，如組織工程的支架或創建納米纖維傷口敷料等。研究人員進一步解釋說：“它還被廣泛應用于醫學診斷和藥物輸送，因為它們可以固定識別元件或活性藥物成分，由于其表面積和孔隙率大，因此也被廣泛用于醫學診斷和藥物輸送?！?/p>

電噴霧技術，也稱為ESI，能夠產生離子，即具有凈電荷的原子或分子。為了實現這一目標，該技術利用電噴霧器對液體施加高電壓以產生氣溶膠。電噴霧器本身就是一種利用電來分散液體的儀器。電噴霧的納米顆粒通常用于制藥、生物或醫療領域。例如，電噴霧可用于制造裝載藥物的納米粒子，用于納米粒子藥物輸送，或裝載細胞生長因子，用于組織工程。

這兩種方法都利用電水動力機制來制造納米/微顆粒和納米/微纖維。因此，可以制作一個組合設置，使這兩種技術的使用成為可能，每種模式取決于溶液的粘度和電導率。正如研究人員在研究中所描述的那樣，一般的設置包括“（i）一個注射器，放置在注射器泵內，用于連續的溶液流動；（ii）一個金屬噴嘴；（iii）一個高壓電源（連接到噴嘴上）；（iv）和一個集電極（導電以吸引帶電的納米顆粒/納米纖維，并置于高壓電極的對面）。

對于電紡和電噴模式，從噴嘴噴出的液體形成特定的錐體幾何形狀，稱為泰勒錐。在電噴模式下，高電荷的液滴從泰勒錐體中噴出，溶劑蒸發后，可以收集到固體納米顆粒。而在電紡模式下，連續的纖維從泰勒錐體中噴出，在溶劑完全蒸發后，納米纖維會凝固。

然而，研究人員解釋說，電紡和電噴技術的商業化裝備盡管很容易制造，但價格昂貴，因此，世界上許多研究人員使用自制的實驗設置裝備，用戶有可能會在高壓組件中受到電擊。

用3D打印建立一個更安全、更便宜的替代方案

對此，研究人員認為，FDM 3D打印是一種合適且低成本的解決方案，可以制造出媲美商業化的電噴/電紡裝備，其結果的可靠性和可重現性與商業化的裝備相似。在他們的研究論文中，全面概述了該設置的制造過程，同時還免費提供了打印設備所需的文件和參數。其設計為模塊化設計，其部件可以很容易地進行更換，同時該設計還提供了一個安全的設置，確保用戶不會接觸到高壓部件。

他們使用Ultimaker 3 FDM系統進行3D打印，所使用的材料包括PLA、PVA和一種熱塑性彈性體線材，材料成本為100美元。3D打印出的部件包括噴嘴支架、安全帽、中心腔體部件以及帶有內部氣體通道的末端部件。

總的來說，這個電噴/電紡裝置在6天內完成了3D打印。完成后，研究人員在電噴和電紡模式下對該裝置進行了成功的測試，不過他們建議在3D打印中央腔體部分時使用ABS、PEEK或陶瓷材料，以增加化學電阻率。

該論文的作者認為，”3D打印提供了一種低成本的方法，可以制造出類似于商業化的安全可靠的實驗裝置。本文提出了一種使用廉價的FDM 3D打印機3D打印模塊化電噴/電紡裝置的方法，該裝置在電噴和電紡模式下都進行了成功的測試。“

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