受熱狗堡啟發!中科院上海矽酸鹽研究所用3D列印支架,幫兔子修復受損骨骼
中科院上海矽酸鹽研究所的團隊受到受歡迎的速食-熱狗激發靈感,研究出條狀麵包+肉腸相似結構的生物陶瓷材料,讓人工骨骼與骨骼修復工程的技術有了相當大的進展。
人類的身體就像台精密的生物儀器,體內的組織與器官構造不容易被仿造。隨著3D列印(積層製造)技術發展,「仿人體研究」的侷限不斷突破,以臨床醫學內科的骨骼修復工法來說,該技術攸關人工骨骼材料的革新。
本月初,有研發團隊聲稱受到風靡全球的速食啟發,打造出「熱狗般」(Hot Dog-Like)仿生材料的結構,這項成果使得人造骨頭的支架有更好的人體適應與修復效果。
在骨骼系統的疾病與創傷治療當中,修復重大骨骼的缺損一直是現代醫學的重大挑戰,植入骨骼支架是目前最常見的修復方法。3D列印技術幫助了修復工程得以運用可分解材料製作生物支架(bioscaffold),簡化了生產時間並減少人工骨頭對使用者的副作用。
不過,除了材料的考量,還得完美仿造出原生骨骼的多層結構,這些複雜的骨質結構發揮「傳送」與「儲存」營養的作用,這也是無法用硬度極高的金屬置入體內取代人骨的原因之一。
隸屬中國科學院的上海矽酸鹽研究所(SICCAS)受到熱狗的結構啟發,於《先進科學》雙周刊發表使用3D列印的直寫成形術(DIW)與雙向冷凍澆注法(bidirectional freezing process)打造的「類熱狗生物材料」支架。
與以往的3D列印多孔型支架(porous scaffold)不同,傳統多孔支架至多能做到大小不一的孔洞,用來幫助骨細胞生長,分布不一的孔洞卻無法形成連續孔道結構進一步幫助循環。
SICCAS的類熱狗生物材料(簡稱H-AKT)支架,究竟跟自歐美發跡的食物「熱狗」關聯為何?
具體而言,該支架以孔徑約1毫米的中空生物材料陶瓷管作為主體(模仿熱狗的條狀麵包),嵌入直徑小於500微米(μm)的條狀生物陶瓷棒(模仿熱狗的肉腸),這些「肉腸」由直徑約30微米的微孔均勻排列而成,構築一層層的連續孔洞構造。
類熱狗支架分層結構,有效改善骨細胞生物活性
研究指出,熱狗狀的生物陶瓷支架,微米/奈米大小的分層結構對生物材料的屬性有著很大的影響,生物的骨骼就是保有自然的分層結構,足以讓組織細胞運輸和儲存營養物質。
在SICCAS為期8週的效果測試,HD-AKT被植入實驗用兔的體內,判斷其是否能有效修補兔子缺損的股骨;結果該生物陶瓷不但沒有引起發炎反應,新形成的骨骼細胞在「熱狗支架」的層狀孔道(hierarchical rods)長成新的骨組織,證明了該支架有助骨細胞增生與分化(differentiation)。
此外,如同熱狗結合麵包與肉腸提供人們能量和營養,經過測試,HD-AKT藉由模仿熱狗的實際分層結構,強化了兔骨隨細胞的藥物與蛋白質傳遞,成功改善人工骨骼支架傳遞營養物質的潛力。
SICCAS的研究表明,類熱狗生物材料,在生物組織工程、再生醫學與藥物投用領域都有良好的的應用前景。或許人們身旁不起眼的事物,都有可能成為某項創造性工作的靈感來源。
中美合作 「打印」永久磁性液態磁鐵
中美兩國科研人員採用全液相3D打印技術,製備出一種新型磁性液滴,既具有液體的流動性又具有永久磁性,為研製柔性電子、可靶向輸送藥物的磁控液體機器人等提供了新途徑。
在納米級層面,傳統的鐵磁流體本身不存在磁極,只有在外加磁場作用下被持續磁化才能表現出特定磁性。但發表在最新一期美國《科學》雜誌上的研究顯示,這種新的磁性液滴材料不需要外加磁場就能表現得像一塊固體磁鐵,且看起來仍然像液體一樣。
北京化工大學和馬薩諸塞大學阿默斯特分校、美國能源部下屬勞倫斯伯克利國家實驗室等機構研究人員採用全液相3D打印技術,「打印」出直徑約1毫米的鐵磁流體液滴。
磁力測定顯示,大約10億個納米顆粒「擠在一起」,它們在磁性線圈的激發下表現出磁性。這些外部的納米顆粒將磁性定向傳遞到液滴核心的納米顆粒上,使整個液滴具有了永久磁性。
研究人員利用全液相3D打印和微流控成型技術,可以製造出任意形狀的磁性液滴;將它們分成更小的液滴後,仍然可保持磁性;已成型液體還可通過改變酸鹼環境實現可逆磁化或消磁。
由於其特殊的物理性質,鐵磁流體目前應用在電子設備、醫療器械,機械工程和材料科學研究中。這種新型鐵磁液滴未來有望應用在更多場景中,例如可在人體內靶向輸送藥物的磁控機器人、可操控的液態微反應器等。
3D列印結合AI情境分析 智慧助聽器巧妙融智慧家庭
目前歐洲助聽器市場70%都販售現成品,對此虹韻助聽器總經理王安表示,台灣60%的助聽器多是標準化模組,不過虹韻現在已有推出3D列印客製化助聽器,並表示除了加載AI軟體以外,現在科技助聽器還能夠提供定位與資料記錄的功能,藍牙功能也更方便用戶連結智慧型手機、藍牙視聽設備、甚至智慧音箱的使用,未來將會努力營造產業生態,積極滿足台灣80萬聽力輔具需求缺口。
智慧輔具3D列印
積極推廣助聽器選配的王安表示,先經過掃描與確定使用者的耳型後,透過3D光固化列印技術,現在每個小時大約可以列印6至8顆客製化助聽器。此外,王安也說助聽器的智慧化應用已經越來越多,不僅可以與智慧居家的視聽設備相連,跨國廠牌也已在助聽器當中加載AI軟體,偵測場域進而調整全方向、窄、超窄等收音方向的自動轉換功能。
資料記錄功能
現在的智慧助聽器也有自動調整音量的功能。王安舉例,如果使用者今天將音量調整為10,隔天系統會自動調回5,讓使用者不會因為單次的收音需求,而造成長期的聽力負擔。
此外,助聽器加入藍牙連結的功能,能讓使用者在家中使用時,能夠與智慧型手機、身旁藍牙視聽裝置連結,不僅省去更換耳機或是其它設備的麻煩,同時也能夠因為助聽器就是平常使用的客製化設備,而得到更融入生活的應用效果。
全台聽力輔具需求缺口
全球65歲以上的民眾,近1/3有聽力損傷的問題,而台灣65歲以上民眾約莫有313萬9,397人,因此王安推估台灣擁有100萬名高齡長者有配戴助聽器的需求。此外,根據近年來,每年助聽器約莫6萬台的進口數據,王安推估,即便選配市場供需平衡,現在台灣也僅有大約20萬名長者有使用助聽器,也就是說還有80萬的需求缺口有待滿足。
看到這樣的機會,王安希望透過助聽器客製化選配;在門市建置交誼廳,讓不同背景的長者可以綜合交流;協助全齡人士聽能復健、自我鑑測App使用與推廣,來滿足聽力輔具的市場缺口與提升使用者的生活品質。
智慧輔具群聚效應
在聚集經濟與科技廠商群聚的市場生態下,王安分享對於助聽器市場的觀察,桃園市政府前有7家助聽器廠商門市,而台北衡陽路則有5 家。這樣的群聚生態,可以提供民眾更多的選擇與比較,同時更提高民眾對於聽力健康的重視。
認為價格透明對於增進民眾選配意願相當重要的王安說,由於與聽力正常的人相比,失聰人士癡呆的風險高出5倍,也會有3倍跌倒的可能,因此,希望提升預防醫學與保健概念的王安也呼籲,聽損人士可以到各助聽器門市與耳鼻喉科檢查,及早找出原因與採取應對措施。
科技挑戰職人 日本研發「3D列印食用壽司」
日本料理店數寄屋橋次郎店長小野二郎,他對於刀工、醋飯、手掌溫度、鮪魚的品質要求,種種頂級職人的堅持,讓他擁有「壽司之神」的美譽,但如今這樣的職人可能將迎來前所未有的挑戰;一間日本的數位食品創新公司「Open Meals」,預計在2020年推出「食物列印機」,其中更可以客製化壽司,做出許多壽司師傅捏不出來的創新造型。
根據外媒報導,位於東京的食品創新公司「Open Meals」,預計要打造一間數位壽司餐廳「Sushi Singularity」,會根據旅客的健康需求客製化壽司,並以將食物列印機運用機器手臂來進行食物結構的整合。不過這樣製造出來的壽司,外型和一般壽司大不同,像是積木一樣的工整大小,不過業者表示,未來會將技術改良,讓壽司的外型更加精緻,也會開發各種造型。
不過「Open Meals」表示,目前這項計劃還在進行中,如果過程順利的話,餐廳將會在2020年於東京開幕。
如花瓣、雲朵般夢幻縹緲流動!荷蘭時尚設計師 Iris van Herpen 打造怪美的科幻感高級訂製服
未來,你抱持著怎樣的想像 ?對荷蘭時尚設計師 Iris van Herpen 而言,他那充滿科幻未來感的服裝設計,正在創造並打開我們對未來服飾的眼界。若以時尚界的建築師來稱呼 Iris van Herpen,或許不是那麼貼切,然而他作品中那對稱、不對稱,遊走於真實與虛幻間的未來感輪廓與元素,那交織線條和幾何圖型,搭配新開發的科技布料,時尚、新穎科技與藝術三方體現於一件衣裳上,不尋常的美感,用時下流行話語來說,「 怪美的 」造就了 Iris van Herpen 品牌獨創又不可忽視的魅力。
在剛登場的 2019 春夏高級訂製服系列中,Iris van Herpen 再次探尋了靈魂主題,用一條條 3D 列印服裝,在伸展台譜寫了一首極為抽象卻令人目眩神移的時尚詩歌。以「 Shift Souls 」( 靈魂轉移 )作為全新高訂系列主題名稱,Iris van Herpen 向來標幟的漸層變色、不規則立體線條與縐摺手法依舊沒有少,然而該如何用服裝表現抽象的靈魂之感,Iris van Herpen 此次攜手曾效力美國太空總署 NASA 的紐約藝術家 Kim Keever,以及燈光裝置藝術家 Nick Verstand 合作,共同上演了別具超現實色彩的時尚靈魂展演。
就像是從模特兒身軀開出一朵朵流動之花,Iris van Herpen 通過去年於巴黎奧賽博物館展出的 17 世紀星圖畫《 Harmonia Macrocosmica 》汲取靈感,重新探索人體、DNA 發展與色彩交匯的可能性。「 關於全新靈魂轉移系列,我研究了人類在追求形態上的演變,隨著時間漸進以及神話中描繪的女性形體,特別是日本神話中那具想像力和流動性的姿態,不僅讓我著迷,更使我更進一步探索人體的深層含義,加上科技時代影響下,人體如何變得無形卻又具可變性 」Iris van Herpen 述說著一如以往的超現實派設計靈感。
全新 18 件訂製服,Iris van Herpen 利用了大量漸層色彩和立體彎曲,有如等高線般的不對稱線條與縐摺,在視覺上創造出令人驚豔的效果;而以水下色彩流動攝影聞名的 Kim Keever 創作,則被烙印於半透明的硬紗上,向外放射的服裝造型配上氤氳彩色雲朵圖紋,服裝隨著模特兒的搖曳生姿,抽象又浪漫,宛若一處流動剪影,營造目不暇給的視覺魅力。除了如雲般的科幻服裝外,以多層絲質布料疊成如花朵般的設計也是本次系列另一看點,如同等高線的梯型狀設計手法,層層堆疊就像是從心中開出一朵繁盛充滿無限生機的花朵。
為了營造虛無縹緲之感,Iris van Herpen 也攜手荷蘭燈光裝置藝術師 Nick Verstand,將秀場打造一片虛幻的光牆,讓觀賞者完全沉浸在他構築有著美好夢境的超現實靈魂世界中。
怦然「心」動!全球首例3D列印完整心臟問世
以色列科學家15日公布一項「重大醫療突破」,成功透過3D列印技術,創造出全球首個包含人體組織和血管的心臟,為心臟疾病患者的移植手術帶來福音。研究成果已發表於《先進科學》(Advanced Science)。
《法新社》15日報導,由以色列「特拉維夫大學」再生醫學科學家德維爾(Tal Dvir)率領的研究團隊指出,這是全球首次成功設計並印刷出包含細胞、血管、心室和腔室的完整心臟,且這個3D列印心臟,與患者的免疫系統、細胞、生化和解剖學等特性完全相符;大小則與兔子心臟差不多。
以色列突發新聞(Breaking Israel News)網站報導,心臟疾病是美國及大部分現代國家男女性的主要死因之一,也是以色列民眾的第二大死因,僅次於癌症,但目前仍僅針對心臟衰竭末期患者進行心臟移植手術。因此,鑑於心臟捐贈者極難覓得,研發讓心臟再生的新治療方法迫在眉睫。
幸好,隨著以色列團隊創造出包含人體組織和血管的3D列印心臟,有希望在10年內臨床應用。醫院將能從亟需移植的患者身上採集細胞,透過3D列印取得心臟或其他器官,避免患者器官衰竭致死,或遲遲等不到腦死患者捐贈器官等情況。
NASA為移居火星築夢,外星家園設計比賽揭曉
隨著對外太空的探索腳步加快,移居火星也成為人類的夢想之一,美國太空總署(NASA)舉辦的火星棲息地3D列印大賽日前結束,具良好擴建性及採光的4層螺旋狀建築在決選中脫穎而出。
對於各項太空探索任務而言,成功移居外星將是人類的重大里程碑,這也意味著將有更多行動可被執行,在解決維生資源永續循環後,如何有效率地打造居住基地也成了難題之一。目前科學家擬採用3D列印科技,使用相對應的材料、元素,按設計圖在該星球上直接打造建築。
自2015年起,超過10個專業團隊參加了NASA行星基地3D列印設計大賽,近日揭曉前3名設計作品,這些建物不僅要有良好的外型,NASA更設下諸多嚴苛限制,如需至少具有約1000平方英呎(約28坪)、可供4人正常生活1年,並設有容納所需機械工具的存放空間。最重要的是,這些建築物必須完全透過3D列印打造而成,讓太空人甫登陸便可有效率地搭蓋入住。
此外,NASA在美國時間2日亦公布,繼預定於2024年執行的人類登月任務後,將在2033年執行火星載人任務,若然成真,屆時將會是歷史創舉,對人類探索宇宙的夢想寫下更多可能。
3D列印機的未來-星艦奇航的複製機?!
據CNET報導,下一代3D列印已經轉向從《星艦奇航》(Star Trek)中獲得一些靈感。加州大學柏克萊分校的研究人員已經打造出一台名為「 複製機(Replicator) 」 的3D印表機,它利用光線及凝膠狀溶液構建固體3D物體。它與《星艦奇航》的神奇設備擁有相同的名字。
然而這個版本的複製機並不是那麼先進,但它是3D列印的一個進步。Replicator使用改變用途的數位投影機作為光源來製作比傳統3D印表機更平滑、更易彎曲和更複雜的物體。
「基本上,你只要一個現成的數位投影機(這個是我從家裡帶來的),然後你把與一台筆記型電腦連接並使用它來投影一系列電腦圖像,而電機轉動一個圓筒,圓筒中有一個3D列印樹脂。」 加州大學柏克萊分校機械工程助理教授 Hayden Taylor表示。
該投影機裝有一系列3D計算模型,它在罐子內的凝膠狀樹脂中作為一系列光圖案發出光束。
樹脂由光敏素和溶解氧組成,並在光線照射時緩慢旋轉到位。當光照射到液體中時,氧氣被耗盡,這允許樹脂內的分子形成交叉鏈接。 這些交叉鏈接是將液體變成固體的關鍵。而傳統的3D印表機通常使用分層過程。
到目前為止,該團隊使用新印表機創建了許多不同的物體,包括羅丹的《沉思者》雕塑的複製品,光滑且易彎曲的甜甜圈和下顎模型。該印表機目前僅限於生產直徑為4英吋(10.16公分)的物體,並且不會產生任何浪費 - 黏性物質可以在後續列印中重覆使用。重要的是,它還允許研究人員在預先存在的結構周圍製作3D物體。例如,團隊在樹脂內放置了螺絲刀軸,然後用他們的印表機製作了一個手把。
Taylor表示:「我認為這是一種能夠更加大規模定製物品的途徑,無論是義肢還是跑鞋。」
該研究於2019年1月31日發表在《科學》雜誌上。
把家中塑膠垃圾帶來,The New Raw 團隊幫你把 3D 列印家具帶到街上
鹿特丹研究設計工作室 The New Raw 推出的「 Print Your City 」計劃,利用 3D 列印將塑膠垃圾轉化為城市中的傢俱。最近,The New Raw 將這個計劃擴大,並與希臘塞薩洛尼基 ( Thessaloniki ) 的 Zero Waste Lab 合作,邀請大家直接將家中的塑膠垃圾帶來實驗室,設計自己專屬的街頭傢俱,然後在機械手臂和位於現場的回收設備的幫助下,用 3D 列印將成品製作出來。
有了 Zero Waste Lab 的協助,The New Raw 開啟了透過回收塑膠垃圾,讓公民一同參與公共空間轉型的可能性。而在過程中,公民又能順便認識塑膠回收的過程,更加了解循環經濟的意義與運作,並且為自己的社區設計新的傢俱,可說是一舉非常多得。
在 Print Your City 的網站中,詳細說明了整個計劃。想要參與這項計劃的人,可以透過回答一連串的問題,參與客製化街頭傢俱的設計過程,包括挑選傢俱的樣式、顏色、擺放位置以及額外功能。傢俱的形狀是根據人體工學所設計,能讓人維持最輕鬆的姿勢,而傢俱的額外功能則包含了腳踏車架、迷你健身房、樹盆、狗碗、書櫃等等,等於是將健康和環境友善的生活型態,融入傢俱當中。傢俱完成後,The New Raw 還會在傢俱上附上一個金屬標籤,註明製作傢俱時所使用的塑膠公斤數。
最初的混合傢俱原型是在 2018 年夏天列印完成,放置在塞薩洛尼基的主要濱水區步道,而自從 Print Your City 的網站在去年 12 月向大眾開放以來,已經有超過三千件設計作品,在網站上提出。在眾多可供選擇的傢俱擺放地點中,從今年 1 月起,第一個雀屏中選的地方,是塞薩洛尼基是中心的 Hanth Park。
The New Raw 計劃在整個 Print Your City 計劃期間,回收四噸的塑膠垃圾,聽起來好像很多,不過這大約只是 14 個希臘家庭的塑膠垃圾生產量,所以......除了靠 The New Raw大力、用力、努力的宣傳 Print Your City 計劃以外,要拯救我們的環境,還是要靠大家主動愛物惜物,認真資源回收啊 !
成真的「縮小燈」!只要雷射光和尿布材料就能讓物體迅速縮成千分之一
最近,MIT研發出一種只要照雷射光,就能讓物體縮小一千倍的技術,而且這個方法在物體變小之後,還不會恢復原狀。
只需要雷射光和尿布
最近,麻省理工學院(MIT)找到了一種可以迅速將物體縮小1,000倍的方法,這種方法不只快速,而且材料便宜又容易取得──只需要雷射光和聚丙烯酸(polyacrylate)──聚丙烯酸這種材料因為吸水效果非常好,通常在嬰兒尿布裡就能找到,在多數的生物工程實驗室裡也很常見。
幾乎所有材質都適用
MIT將這項技術命名為「內爆製造」(implosion fabrication),不管是金屬、量子點(quantum dot)或DNA,都能利用「內爆製造」的方式,迅速將該物體3D等比例縮小1,000倍。
負責這項研究的MIT神經網路與大腦認知科學專家波伊登(Edward Boyden)表示,科學家們已經花了數年的時間在尋找能夠更方便製造奈米材料的技術,現在有了「內爆製造」,幾乎就能讓任何材料瞬間變成3D奈米尺度。
3D奈米尺度,方法有兩種
在「內爆製造」之前,如果想要打造3D奈米尺度的材料,可以分成兩種方法。
第一種方法是利用光先在面板上蝕刻(etching)出2D平面圖案,再將2D平面層層疊起,變成3D立體結構,但這種方法既耗時又很有挑戰性。
另一種方式則是利用3D列印技術,直接「印出」奈米尺度的物體。但受限於3D列印技術上的限制,用這種方法做出來的成品只能是特定的塑膠材質,在結構上也有一定的限制。
像照到縮小燈,一起縮小
但「內爆製造」和上述這兩種方法都不一樣,「內爆製造」不是從零開始做一個奈米尺度的材料,而是先有一個物體之後,接著像照了縮小燈一樣,讓物體等比例縮小成千分之一倍,如此一來就能輕鬆製作出更精巧、又是奈米尺度的物品。
從手機鏡頭到機器人
關於「內爆製造」的應用範圍,研究團隊認為在光學和機器人領域可以做為「內爆製造」的第一步。例如:利用「內爆製造」打造一個專門研究光的特製鏡頭,或讓智慧型手機的鏡頭、內視鏡或顯微鏡的鏡頭變得更好、更精巧。
如果將「內爆製造」用來打造奈米尺度的電子設備或微型醫療機器人,未來在癌症治療上,或許就能在癌症藥物當中加入奈米尺度的機器人,患者將癌症藥物和奈米機器人一起吞下肚後,就能用這個機器人尋找癌細胞「對症下藥」。
以後在家就能做
由於「內爆製造」所需的材料都能輕鬆取得,所有的材料都沒有毒性,或許未來這項技術就能讓大眾在學校或家裡自行操作。
3D列印電動車只賣30萬,你準備好下手了嗎?
3D列印被譽為引發下一波工業革命的新技術,已應用在許多領域上,就連汽車產業也不例外,近期義大利車廠XEV宣布與中國3D列印公司Polymaker合作,共同開發雙人座電動車LSEV,為一輛全車均由3D列印產生的電動車。
雖然目前許多車廠如賓士、BMW、福特都有使用3D列印技術,但都只運用在生產部分客製化零件上,並未像XEV這樣,整車都使用3D列印;雙人座電動車LSEV原本是台概念車,2018年初首度在中國上海的3D列印文化博物館發表,除了底盤、座椅與玻璃之外,車上所有可見的零件都是由3D列印產生。
當時發表的LSEV概念車零件超過2000個,這使得3D列印技術在量產上遇到很大的困難,而Polymaker將其重新設計後,讓整車零件減少到只有57個,讓生產時間大幅減少,僅需3天,加上使用的材料為特殊填料(Structure infill),因此零件強度是傳統零件的4倍,重量卻輕上許多,全車重量僅450公斤。
即將量產的LSEV電動車最大行駛距離為150公里,最高極速達70公里,其定位為都會型小車,售價約為1萬美金(約新台幣30萬);據外電報導,XEV已經收到來自歐洲的7000張訂單,其中2000份來自法國巴黎的ARVAL汽車租賃公司,另外5000份則來自意大利郵局,原廠將在今年第二季進行量產。
說到POLYMAKER這家公司,達億也有代理機器喔,尤其是這款「Polysher 酒精拋光機」是一款可以顯著提升3D列印物件的表面質量的機器,有興趣歡迎詢問達億喔!(按圖片可看更多酒精拋光機介紹)