Với loại mực mới chứa chất bán dẫn(1), các nhà nghiên cứu đã có thể in đèn led.
Một máy in 3D có thể tạo nguyên mẫu hoặc các bộ phận thay thế bằng kim loại hoặc polime. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Princeton đã đạt được một bước phát triển trong việc mở rộng công nghệ đầy tiềm năng, là in mạch điện tử chức năng bằng chất bán dẫn và các chất liệu khác. Họ cũng đã chọn cách kết hợp các thiết bị điện tử với các vật liệu tương thích sinh học và thậm chí là tế bào sống, là cơ sở mở đường cho sự phát triển những cách thức cấy ghép mới.
Mô tả in 3D đèn led của nhóm McAlpine
Với hộp mực có chứa chất bán dẫn, thì có thể in các loại mạch điện cho các công việc khẩn cấp, Michael McAlpine nói, giáo sư tại Đại học Princeton, ông là người phụ trách dự án. Để chứng minh, nhà nghiên cứu đã in một bóng đèn diode bên trong một ống kính.
Các bộ vi xử lý và mạch điện bên trong máy vi tính thì không thích hợp để in 3D, bởi vì đó là các bộ phận được chế tạo phức tạp ở kích thước siêu nhỏ. Nhưng có thể in 3D các thiết bị y khoa hoặc thiết bị cấy ghép có kết hợp thiết bị điện tử. Nhà nghiên cứu McAlpine cho rằng có thể in một bộ khung giàn giúp cho các mô thần kinh phát triển. Và nếu có thể in đèn led và mạch điện bên trong bộ khung giàn, ánh sáng có thể kích thích các dây thần kinh và kết nối với một cánh tay giả, McAlpine gợi ý.
Năm 2013, McAlpine đã sử dụng máy in 3D để tạo một chiếc tai điện tử sinh học. Đó là chiếc tai được tạo từ tế bào sống, với một ma trận hydrogel kết dính, tất nhiên có cả mực in dẫn điện, được làm từ một hệ thống các hạt nano bạc treo, vốn hình thành một cuộn dây điện có thể nhận sóng vô tuyến.
Đèn led được bao bọc trong một khối lập phương in 3D
Từ đó, nhóm McAlpine tiếp tục phát triển dự án in 3D với chất liệu bán dẫn, cho phép một thiết bị in có thể xử lý âm thanh. Bán dẫn chính là chìa khóa để các mạch điện tử hoạt động, có thể dò tìm và phát ra ánh sáng.
Hầu hết người sử dụng trên thị trường dùng máy in 3D chỉ để in các sản phẩm nhựa. “Nếu bạn cố gắng đưa vào chi tiết in những thứ khác, thì nó sẽ bị chèn ép”, ông nói. Chúng cần in ở độ phân giải cao. Chiếc tai sinh học có tỷ lệ tính theo milimet, còn đối với đèn led in 3D thì tỷ lệ được tính theo micromet.
Để tạo đèn led, các nhà nghiên cứu Princeton chọn chấm lượng tử – hạt nano bán dẫn có thể phát ánh sáng nhỏ khi phản ứng với dòng điện. Họ có thể dùng hai loại kim loại để tạo thiết bị dẫn điện và liên kết các thiết bị, như một ma trận polime và silicone có tác dụng giữ chặt chúng với nhau. Có một thách thức đặt ra là khi in với lượng mực nhiều sẽ xảy ra rủi ro là chúng bị chảy và trộn lẫn vào nhau. Vì thế mà các nhà nghiên cứu còn phải giữ chặt mỗi chất liệu trong một dung môi để chúng không bị trộn lẫn vào nhau.
Nhóm McAlpine đã tạo một khối lập phương có tám đèn led xanh lá và cam xen kẽ màu và xếp chồng lên nhau. Các nhà nghiên cứu in đèn led trên một tấm kinh sau khi quét nó để tạo hình dạng của thiết bị in tương ứng với đường cong của bề mặt kính.
“Đèn led chỉ là một phần của dự án in 3D các thiết bị điện tử. Khi các nhà nghiên cứu có thể in các chất liệu điện tử, thì họ sẽ có thể tạo được mạch điện, cảm biến, cảm biến ánh sáng và các yếu tố khác để tích hợp với mô sinh học”, McAlpine nói.
McAlpine và đồng nghiệp không phải là người duy nhất phát triển ứng dụng in 3D. “Các ứng dụng in 3D như một thành tựu, chỉ cần polime”, Michael Dickey nói, một kỹ sư hóa học ở Đại học North Carolina State tại Raleigh, là một người không liên quan đến công việc của McAlpine. Nhưng nhóm của ông đã phát triển một kim loại lỏng có thể in 3D cho in kỹ thuật mô bằng cách kết hợp nhiều loại mô phức tạp bao gồm các mạch máu.
McAlpine đang sử dụng một công nghệ mới để tạo các thiết bị y khoa, vài trong số đó đã được thử nghiệm trên động vật. Ông sẽ bắt đầu tạo thêm những thiết bị điện tử phức tạp ứng dụng cho các mô sống.
(1) Chất bán dẫn: là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ cao hơn. Có nghĩa là có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện.
(2) Chấm lượng tử: là một hạt vật chất có kích thước nhỏ tới mức việc bỏ thêm hay lấy đi một electron sẽ làm thay đổi tính chất của nó. Do sự hạn chế về không gian (hoặc sự giam hãm) của những electron và lỗ trống trong vật chất (lỗ trống hình thành do sự vắng mặt của một electron; chúng hoạt động như là một điện tích dương), hiệu ứng lượng tử xuất phát và làm cho tính chất của vật chất thay đổi hẳn đi. Khi ta kích thích một chấm lượng tử, chấm càng nhỏ thì năng lượng và cường độ phát sáng của nó càng tăng.
(Theo Technology Review)
