美国国家标准技术研究院（NIST）的研究人员开发了一种3D打印凝胶和其他软材料的新方法。这项研究发表在一篇新论文中，它具有创造纳米级精度的复杂结构的潜力。由于许多凝胶与活细胞兼容，因此这种新方法可以迅速开始生产软质微型医疗设备，例如药物输送系统或可以插入人体的柔性电极。

标准的3D打印机通过创建材料薄片（通常是塑料或橡胶）并逐层构建它们（例如千层面），直到制作出整个物体。

NIST研究人员Andrei Kolmakov说，使用3D打印机制造由凝胶制成的物体“有点像精致的烹饪过程”。在标准方法中，3D打印机腔室充满了溶解在水中的长链聚合物汤（长链分子结合在一起）。然后添加“香料”（一种对光敏感的特殊分子）。当3D打印机发出的光激活这些特殊分子时，它们会将聚合物链缝合在一起，从而形成蓬松的网状结构。这种仍被液态水包围的就是凝胶。

通常，现代3D凝胶打印机使用紫外线或可见激光来促进凝胶支架的形成。然而Kolmakov和他的同事们将注意力集中在使用电子束或X射线制造凝胶的另一种3D打印技术上。由于这些类型的辐射比紫外线和可见光具有更高的能量或更短的波长，因此这些光束可以更紧密地聚焦，因此可以产生具有更精细结构细节的凝胶。这些细节正是组织工程以及许多其他医学和生物学应用所需的。电子和X射线还有第二个优势：它们不需要特殊的分子即可促进凝胶的形成。

但是目前，这种紧密聚焦的短波长辐射的来源（扫描电子显微镜和X射线显微镜）只能在真空中运行。这有一个问题，因为在真空中每个腔室中的液体都会蒸发而不是形成凝胶。

Kolmakov和他在NIST和意大利Trieste的同事解决了这个问题，并通过在真空和液体室之间放置超薄的屏障(一层氮化硅薄片)演示了在液体中使用3D凝胶打印技术。薄片可防止液体蒸发（通常在真空中会发生蒸发），但允许X射线和电子渗透到液体中。该方法使该团队能够使用3D打印方法来创建结构小至100纳米（nm）的凝胶（比人的头发薄1000倍）。通过改进他们的方法，研究人员希望能在凝胶上印上50纳米的结构。

用这种方法制成的一些结构可能在未来用于监视大脑活动的柔性可注射电极、用于病毒检测的生物传感器、微型机器人以及可以模拟活细胞并为其生长提供媒介的结构。

Kolmakov说：“我们正在将新工具（在液体中运行的电子束和X射线）引入软材料的3D打印中。” 他和他的同事在2020年9月16日通过发表在ACS Nano上的一篇文章中描述了他们的工作。