3D打印机已经可以用金属或者高分子材料制作样品和备件了。普林斯顿大学的研究者现在将该项技术的潜能又提升了一大步，他们开发了一种用半导体和其他材料打印出可发挥正常功能的电子电路的方法。此外，他们还优化了打印方法，可以将电子部件和生物相容性的材料甚至活体组织整合到一起，从而为将新材料植入生物体开辟了一条新途径。

 

该项目的负责人、普林斯顿大学助理教授迈克尔·麦凯派恩(Michael McAlpine)解释说，利用盛满半导体“墨水”的“墨盒”，应该可以打印出能发挥所有功能的电路。为了证明这一奇思妙想，研究者在一个隐形眼镜中打印出了一个发光二极管(LED)。

　　

一台电脑中有处理器和显示电路并不意味着它们就能驱动3D打印，因为3D打印需要很多用纳米材料制作的复杂构成。不过3D打印机可用来制作医疗器械或者将医疗器械植入电子部件。麦凯派恩举例说，研究者可以打印一个用于培养神经组织的支架。如果他们还可以在支架中打印LED和电路，那么，光就能刺激神经组织，这样的电子部件就能应用于义肢。
　　

2013年，麦凯派恩就利用3D打印技术制作出了一个“生物电子”仿生耳。这个仿生耳用活细胞制成，内有黏稠凝胶制作的支持性基层；此外，他们还用导电墨水——这种墨水用含有悬浮的银纳米粒子制成——打印了一个可接受无线电信号的通电线圈。
　　

其后，麦凯派恩的研究团队一直在努力将3D打印技术扩展到半导体材料，这种材料可以让打印出的器械能处理传入的声音。半导体是信息处理电路的一种重要构成，同时也可用于探测光和发光。
　　

为了扩展3D打印的范围，麦凯派恩的研究团队开发出一款打印机，当今市场上的大部分3D打印机都只能打印塑料。“如果你把其他物质放进墨盒，打印机就会堵塞。”麦凯派恩说。另外，他们还要让打印机能进行高分辨率打印。举例来说，仿生耳的某些功能是在毫米级的组件上实现的——所以，他们要打印出微米级的LED。
　　

为了打印出这种LED，普林斯顿大学的研究者选择了“量子点”(quantum dots)LED——这种半导体纳米粒子在电流的刺激下会发出非常明亮的光。另外，他们还用两种金属打印出了导线以联通这种器械，并用高分子材料和有机硅将各个部件整合到一起。用如此之多的“墨水”打印的一个难点是“墨水”之间可能会混合。所以，研究者必须要让每一种材料悬浮在一种不会让它们混合到一起的溶剂中。
　　

麦凯派恩的研究团队制作出了一个由八个发出绿色光和橙色光的LED构成的立方体，LED两两堆叠在一起。这些研究者还在一个隐形眼镜上打印出了LED，打印LED之前，他们扫描了隐形眼镜的形状，以确保打印出的设备与镜片表面的曲度保持一致。
　　

“LED还只是3D打印有源电子器件的一个例证。”麦凯派恩说。他还表示，一旦研究者可以打印有源电子材料，他们就应该能够打印出信息处理电路、传感器、光检测器以及其他部件——并能将他们与生物组织整合到一起。
　　

麦凯派恩及其同事并不是快速扩展3D打印能力的唯一团队。“大部分3D打印都像经过调整的热熔胶枪，只能打印高分子材料。”位于罗利(Raleigh)的北卡罗莱纳州立大学(North Carolina State University)的化学工程师迈克尔·狄克尼(Michael Dickey)说，他的团队开发出了一种液体金属，这种金属可被打印成具有延展性的自我修复导线。哈佛大学生物学教授詹妮弗·刘易斯(Jennifer Lewis)受工程学的启发，一直在开发组织工程学3D打印技术，该技术将把包括血管在内的多种细胞类型以复杂的形式整合到一起。
　　

麦凯派恩正在采用这项新技术制作定制化的生物医学设备，有些产品已在进行动物实验。他没有透露这种尚未公开的项目的细节，不过他谈到，他已开始利用活细胞制作复杂的电子设备了。