關注全球時事|洞察國際風雲
2025-03-18 17:24 星期二

3D打印技术赋能科研五大场景

时间:2026-09-01 13:17 来源:快讯社

3D打印机使科学家能以极低的成本设计和制造实验用的设备。图片来源:《自然》网站

  随着3D打印技术日趋成熟且成本亲民,它正从工业制造领域悄然走进科研实验室,成为科学家攀登科研高峰的“登山杖”。

  英国《自然》杂志在近日的报道中,盘点了3D打印技术赋能科研的五大场景,展现了其如何以低成本、高定制化的优势,破解传统科研中的诸多难题。

  珠粒与种子的“定制管家”

  科学研究中不乏枯燥重复的劳作。美国克莱姆森大学植物科学家特雷弗·里夫在攻读博士学位时,曾为提取DNA而手动将陶瓷珠逐一放入96孔板,过程繁琐且耗时。如今,他无需斥资购买昂贵的自动分配器,仅用3D打印机便以每个约10美元的成本自制了专属工具。

  里夫不仅解决了自身难题,更将设计开源至github等平台。借助软件工具,通过调整参数,他能轻松适配12孔、48孔等不同规格的实验板,甚至优化种子计数托盘的形状与尺寸。这种“授人以渔”的共享精神,有望让全球植物遗传学家跨越设备壁垒,以更低成本开展研究。

  头骨模型揭晓“声学密码”

  骨传导助听器是一种通过骨骼传递声音的装置,它不直接堵塞耳道,而是将声音振动通过颅骨传递至内耳。但在骨传导助听器中,声音在颅骨内的“串扰”问题一直困扰着学界。

  目前商用模拟人脑的设备都不适合开展此类研究,为进一步探究甚至阻止这种不必要的“串扰”,日本千叶大学的伊尔万西亚团队另辟蹊径,利用3D打印技术制造出解剖学精确的头骨模型。

  他们以公开的男性磁共振(MRI)数据为基础,去除冗余结构并预留传感器接口,再用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料打印骨架,搭配特制硅胶模拟皮肤振动特性。这种定制化模型不仅成本远低于商业产品,更能根据研究需求灵活调整耳道形态、传感器位置,甚至在内耳耳蜗处植入传感装置,以监测“串扰”是否被成功阻止。

  这一精准的3D模型让团队得以捕捉细微的声音传导规律,为破解信号混淆难题提供了关键支撑。

  流动反应器助力化学研究

  电化学研究中,流动反应器通过将液体或气体泵送通过通道,使化学反应能够连续进行。它们可用于将二氧化碳等温室气体转化为有用的化学物质和燃料,但商用设备动辄数千甚至上万美元,令研究人员“望洋兴叹”。

  美国东北大学的马格达·巴雷卡以不到5美元的成本3D打印出核心部件,再搭配橡胶垫片与铜电极组装而成。

  为测试不同设计方案,巴雷卡先用廉价的聚乳酸材料快速验证设计,再以耐碱的特氟纶制造工作部件,从而能精准调控液体通道和电极之间的距离,以及液体的流速等细节。这种“试错-优化”的模式,让化学家得以低成本探索反应器的最优构型,从而深入开展更精细的化学研究。

  搅拌珠变身“活性催化剂”

  在利用3D技术改进科研方面,英国伦敦大学学院化学家斯蒂芬·希尔顿将目光投向了化学实验室的另一个套件——搅拌珠。这些珠子位于反应容器的底部,在磁场中旋转以搅拌并混合容器内的物质。

  传统搅拌珠仅是惰性混合工具,希尔顿却让其变得更加“活泼”。他将催化剂融入树脂,3D打印出兼具搅拌与催化功能的活性珠子,并通过调整搅拌珠的形状与表面积来精准控制化学反应的速率。

  希尔顿也建造了自己的流动反应设备,其成本仅需2000美元,远低于商业版的14万美元。700块微反应器板的成本更是从2200美元降至1000美元左右,用极低成本实现了科研效能最大化。

  悬吊系统探究小鼠大脑奥秘

  3D打印技术也悄无声息地闯入了脑科学研究领域。

  研究神经退行性疾病时,麻醉状态下的小鼠脑扫描结果难以与人清醒时获得的结果对比。为在小鼠清醒时获得准确的扫描结果,需要给其戴上项圈,并放入类似MRI的装置,但这种项圈极其难得。为此,丹麦奥胡斯大学的布莱恩·汉森团队3D打印出一款悬吊系统,让小鼠在清醒状态下可适应MRI扫描环境。

  这套成本约230美元的设备,解决了动物行为学研究的长期痛点,为阿尔茨海默病等疾病的研究提供了更贴近真实的数据。汉森坦言,若无3D打印技术,这项耗时数周的适应性实验几乎无法开展。他利用该系统研究了小鼠大脑的代谢情况,目前正专注于探究阿尔茨海默病对大脑能量的改变。

  从植物研究的珠粒分配器到小鼠研究的悬吊系统,3D打印技术正在重塑科研范式。它不仅降低了实验门槛,更赋予了科学家创新的自由。(记者 刘 霞)

外交部:将本着科学原则研究日方关于恢复水产品输华请求
外交部:坚决反对美国向中国台湾地区出售武器
测试视频
综合看点 查看更多>>
西班牙成拉美政治“左右互搏”舞台
美国下令驻沙特“非紧急”政府雇员及家属撤离
美防长贬低盟友在阿富汗“作用” 英国反驳
法国社会动荡背后的现实矛盾和深层困境
特朗普放松对俄制裁为何在美引发巨大反弹
纵横天下 查看更多>>
警惕日本正滑入“新的战前状态”
古巴外长谴责美施压多国干预联大终止对古封锁表决
高油价催发抗议 马克龙赴中东“搞油”
日本民众举行抗议集会反对高市政府扩军修宪
黑山总理斯帕伊奇会见王毅
马克龙:禁止举行非工会组织的示威游行
中国海军“吉祥方舟”号医院船结束访问科特迪瓦
日本民众集会抗议日美大规模联合军演
特朗普称该让“其他人”代表乌克兰与俄罗斯谈判
日专家:日美大规模联合军演加剧地区紧张局势
街头骚乱背后的欧洲治理困局
受中东局势影响 巴拿马运河年货运量创新高
三重迹象凸显美乌关系恶化
美乌盟友关系还能维持吗
膜拜战犯,是对历史正义的亵渎
牦牛、青稞与镰刀——风雪长征的民族团结印记
中国裁军大使呼吁防止外空军备竞赛和武器化
北京雨燕的三万公里——在COP17中国角读懂候鸟保护的跨国属性
习近平致信祝贺中央社会主义学院建院70周年
李强同塔吉克斯坦总理拉苏尔佐达会谈
外交部:以冷战思维划分阵营不利于北极地区和平稳定发展
中国人民银行发行中国工农红军长征胜利90周年金银纪念币
平陆运河通航有序
三维度加力 银行间债券发行监管升级
中朝新鸭绿江大桥正式开通
融通湾区 链动世界——第四届粤港澳大湾区发展工商大会综述
香港旅发局推出“香港 连场好戏”全新电影旅游指南
香港特区选举委员会界别分组一般选举提名期结束 共接获1155份提名表格
2025年粤港澳大湾区高温日数偏多灰霾日数少
重阳节假期首日皇岗口岸逾13万人次过境
台风“蔷琵”向我国靠近 中国气象局启动四级应急响应
熙攘国门“你来我往” 三季度1.92亿人次出入境
西藏山南萨热路跨江大桥全线合龙
中国人民银行等八部门联合印发《关于金融支持服务业扩能提质的指导意见》
四条高铁同日开通 串联区域发展新通道
公安部网安局发布拒不履行信息网络安全管理义务案例
最高人民法院发布《关于审理涉及刑事犯罪的民事纠纷案件若干问题的规定》
司法部:加快推进“AI+普法”建设
道路交通安全法首次系统性“大修”
最高法明确审理著作权民事纠纷案件有关问题
“稻乡”黑龙江五常:一粒好米背后的丰收故事
黑龙江垦区推进秋整地 力保耕地“黑色越冬”
智慧棉田成就新疆新一代科技棉农
全国秋粮收获过四成
河北丰宁:坝上马铃薯收获忙
优质医疗服务来到家门口
桑拿天比暴晒天更易中暑:藿香正气水、退烧药、掐人中不管用,还会加重病情
“超慢跑”火了,不累还能“暴击”内脏脂肪!还没试过就亏大了
国家卫生健康委关于修改和废止部分部门规章的决定(附解读)
发现甲状腺结节该怎么办?中医教您整体调理,改善结节状况
前沿科技 查看更多>>
152项典型案例展现安全应急装备最新演进成果
从“试验场”驶向“大市场”——中国自动驾驶技术规模化应用调研
1克!中国造微型“脑探测器”如何“读懂大脑”?
多重因素提振 算力基建站上“C位”
在工博会上看机器人“打工”
健康生活 查看更多>>
在全国首个科技成果超市感悟创新脉动
活力中国调研行|这个航天超算中心有点酷
国标拟新增自动驾驶系统标志灯要求 L2及以下禁用
国产卫星互联网北极航线准业务化应用测试完成
养老机器人加速迭代 科技助老开辟银发经济新赛道
实用技术 查看更多>>
刷屏的特斯拉“飞行汽车”为何让世界目瞪口呆
我国将建设一批专精特新赋能中心
我国智能算力规模达2592EFLOPS
人工智能赋能钢铁行业相关国家标准发布
第140届广交会:搭载人工智能技术新产品集中登场
科普博览 查看更多>>
湖南湘潭:数智技术赋能应急装备产业发展
实地探访 什么叫标志性重大应用场景
工信部:发展新一代智能制造关键在于全链条深度融合
直面发展关卡 产业蓄能向上 eVTOL竞速低空经济商业蓝海
电子信息制造业跑出增长韧性
“声动”二十四节气·霜降
舞剧《永不消逝的电波》将晋京演出
伊拉克的巴比伦古都:杜尔·库里加尔祖遗址
玩着玩着,为何就成了非遗?
2026国际武当太极文化节在湖北开幕
神秘古人类丹尼索瓦人有了“形态标识”
教育部等三部门部署防控儿童青少年高度近视
《世界职业技术教育标准框架》发布
年轻人为啥流行去书市“扫货”?
教育部公示2026年基础教育国家教学成果奖申报项目名单
这个奥运新增项目,中国队和意大利主帅瞄准洛杉矶
二十年后,中国体操女团拼回这一冠
一张奥运门票背后的阵容难题
从大师赛到民间球场——上海“网球之城”的百年脉动
团结、默契与好运铸就新一届国象奥赛女团冠军
今冬初雪落吉林 犹如一卷淡雅水墨
湖北神农架:秋日猴趣
内蒙古巴音淖尔:一湖秋镜映草原
新疆巴楚:326万亩原始胡杨林金秋染金
何以中国·当惊世界殊丨还得是宜昌!