技術文章
Technical articles當3D打印技術以微米級的精度突破想象邊界,它早已不再是“塑料玩具"“模型手辦"的代名詞。摩方高精度3D打印正在悄然深入普通人的生活:從癌癥治療的精準用藥,到5G網絡的極速體驗;從無痛看牙的“黑科技",到慢性病的動態監測……這些看似遙遠的“未來場景",都是摩方精密正在參與和落地的現實。
科技創新的根本在于普惠大眾,當微米級精度成為標配,受益的不僅是產業,更是每一個普通人。此篇帶大家解鎖摩方技術應用于普通人息息相關的場景中的“隱藏技能"。
導讀:① 摩方3D打印微流控技術,打造更精準控釋“抗癌微球"② 可穿戴微型生物傳感器:慢性病管理的“貼身衛士"③ 高精度極薄陶瓷牙貼面:齒科修復的“無創革命"④ 精密電子連接器:5G速度背后的“隱形功臣"⑤ 微型機器人:血管中的“智能清道夫"
化療藥物副作用大?傳統載藥微球因粒徑不均,常導致不能精準給藥、藥物浪費、療效不穩。北京大學與摩方精密聯合共建的精密增材制造技術聯合實驗室(以下簡稱“實驗室"),在基于高精度3D打印微流控芯片技術的載藥微球制備領域取得了重要技術突破。實驗室借助摩方的精密制造能力,研發出了可制備高通量、高均一性載藥微球的微流控芯片,不僅彌補了我國在載藥微球高精度制備領域長期存在的技術短板,更在高通量微流控芯片研發中實現了革命性創新。此外,基于該微流控技術制備的載藥微球還展現出更精確的藥物控釋性能,其粒徑分布均勻性顯著優于傳統制備方法。
對于普通人來說,解決了通量受限、粒徑分布不均、生產成本高及制備效率低等難題的載藥微球,不僅意味著相關治療費用的降低,藥物利用率也能大幅提升,同時副作用也能相對降低。
圖:利用摩方技術生產的微球實現了生產粒徑的均一可控
日常疾病管理還要頻繁扎手指測血糖和酮體?過去幾十年來,全球肥胖率持續上升,低碳水化合物飲食隨之興起。其中,生酮飲食因其在癲癇治療中的成功而備受關注。然而,目前監測酮體和葡萄糖水平仍主要依賴反復指尖采血,不僅繁瑣,還給患者帶來生理和心理負擔。
摩方利用高精度3D打印技術,助力科學家開發基于微針列陣的生物傳感器,實現實時監測間質酮和葡萄糖水平,為生酮飲食管理提供更智能的方案。該傳感器由3D打印微針和垂直石墨烯電極構成,能夠同步檢測間質液中的生物標志物。按壓微針,空心微針陣列持續采集間質液(ISF),并由雙分析電極進行檢測。該設備集成微型電化學分析儀,可通過無線數據傳輸至智能設備,便于用戶實時查看數據。此外,以往的研究表明,當微針長度超過1000 μm時,引起的疼痛明顯增加,因此,在這項研究中,微針的高度被優化為1000 μm,以最大限度地減輕應用于人體皮膚時的痛感。
隨著這一技術的成熟,它將為肥胖癥、癲癇、糖尿病、阿爾茨海默病等需生酮飲食輔助治療的人群帶來創造性的健康管理方式。
想要修復牙齒,讓牙齒看起來美觀、健康,但是又害怕磨牙的痛苦?
摩方聯合北大口腔,持續投入三年,通過設備革新、材料創新和生產工藝革新三大核心技術破局,除了能保證高精度的尺寸及形態控制,更能實現傳統加工無法制造的極薄貼面的生產制造。摩方0.08毫米氧化鋯牙齒貼面,厚度約等于一根頭發絲直徑,產品強韌度卻不輸傳統制造方法。這不僅刷新了全球齒科修復體制造的精度紀錄,更獲得美國FDA 510(k)認證和國內三類醫療器械注冊證,實現了從實驗室到臨床應用的跨越。在研發階段,該項目還曾獲批2023年國家“十四五"重點研發計劃重點專項。
這一開創性的極薄牙齒貼面產品,可以讓患者免磨牙實現牙齒的修復和美觀,有效減少疼痛和不適,預防修復體邊緣遠期微滲透。對于普通人來說,由于可以免去備牙的時間,做牙齒貼面的粘接時間較過去縮短30%,還不用頻繁出入口腔診所。不僅如此,由于不用磨牙,極薄牙齒貼面實現了可逆操作,采用鉺激光技術可以在短短半小時拆除牙貼面,恢復原生狀態。普通人想要牙齒美白、健康的門檻因此大幅降低。
圖:摩方極薄牙齒貼面可讓患者免磨牙實現牙齒的美白和修復
為何你的5G網絡有時會“卡頓"?大家可能不知道,當你流暢觀看高清視頻、進行清晰無延遲的遠程會議時,背后離不開高精度3D打印制造技術的支持。
影響5G信號傳輸速度的一個關鍵因素是光信號的損耗,而其中光纖接口作為光發射器和接收器之間的橋梁,是造成信號衰減的重要原因之一。傳統光纖電纜接口因精度不足,易因接觸不良導致信號衰減,從而影響傳輸質量和速度。
而5G的高速發展,對電子連接器的要求也日益提高。連接器正朝著微型化、高精密化和集成化方向加速演進,同時,產品型號增多、開發周期縮短,這對制造廠商提出了更高的研發迭代要求。要想減少信號損耗、確保高速穩定傳輸,連接器的設計優化和制造精度至關重要。
在這一背景下,高精度3D打印設備成為加速連接器更新迭代的關鍵。使用3D打印進行原型制造,能大大縮短新產品開發周期,加快產品迭代、提高制造精度,為高效的信號傳輸保駕護航。截至目前,摩方已與全球連接器企業建立了合作,共同參與和推動5G世界的快速迭代,為萬物互聯的世界提供有力支持。
圖:摩方極薄牙齒貼面可讓患者免磨牙實現牙齒的美白和修復
包括心梗、中風及肺栓塞等疾病在生活中既常見又危險,它們都屬于血栓癥,即血管內形成血栓導致阻塞。傳統治療方法通常包括注射溶栓藥物或使用導管介入技術去除血栓,隨后再使用抗凝藥物阻止復發。然而,溶栓藥物靶向性較弱,較難高效、安全地溶解血栓;而導管介入技術對醫生的技術要求較高,稍有不慎便可能引發二次堵塞。
近年來,科學家正在研發微型機器人系統,希望讓血栓癥的治療更精準可控,避免傳統方法中無法觀察的困境。一種基于螺旋形微型機器人的方案備受關注。這種機器人主體采用摩方3D打印技術制造,并在結構中預留磁性物質的嵌入空間。在磁場驅動下,它能夠產生強對流,加速溶栓因子的物質交換,同時施加剪切力,促進血栓溶解產物的清除。
實驗表明,與單純使用溶栓藥物相比,該方案可提升血管的疏通效率(約4倍),溶栓率提高至350%,且不會產生大量血栓碎片,從而降低二次堵塞的風險。此外,不同尺寸的微型機器人可適用不同直徑的血管,使治療更靈活。未來,這一技術的臨床應用有望大幅降低治療難度、縮短治療時間,并加快術后恢復,讓更多患者受益。
圖:摩方極薄牙齒貼面可讓患者免磨牙實現牙齒的美白和修復
從癌癥患者的一次用藥,到5G用戶的一次點擊;從糖尿病人的一個便攜式微針傳感器穿戴,到牙齒修復的0.08毫米厚度的貼面……摩方精密用高達2微米精度的制造能力證明:精密制造從不是空中樓閣,它充斥著工業生產和人們生活的四周,致力于讓每個普通人的生活更健康、更高效、更有尊嚴。