电子学

研究人员3D打印射频探头,开辟磁共振应用领域

来自厦门大学具有3D打印射频(RF)探头,能够执行常规和非常规磁共振(MR)实验。

磁共振技术广泛应用于科学研究、地质调查和临床诊断,如MRI扫描。射频探头是MR系统的核心部件,通常用于进行电化学分析、现场反应监测和MR成像。

利用3D打印技术,厦门的研究人员开发出一种方法,可以制造定制的射频探头,其线圈结构比目前的传统制造技术更精确。据他们说,这项研究是第一次探索这种制造MR系统集成探头的方法。

不同场景下集成MR探头的3D打印和制造流程。图片通过厦门大学/自然。
不同场景下集成MR探头的3D打印和制造流程。图片通过厦门大学/自然。

射频探头的3D打印

在研究过程中,研究人员展示了一种结合计算机辅助设计(CAD)、3D打印和液体熔融注射技术的方法,以创建集成MR探头。使用熔融沉积建模(FDM)和立体光刻技术制造探头,探头由带有微米级导线的射频线圈、定制样品室和射频电路接口组成,包裹在单个印刷聚合物块内。

3D系统的ProJet 3510 SD使用3D打印机通过FDM打印出一个版本的磁共振原型,打印分辨率为30µm。在打印过程中,材料从打印机的一个双喷嘴中挤出,以构建成型结构和空心线圈腔。用嘉兴善伟机电有限公司Cyclone W-1打印机打印立体光刻法制得的探针头,通过光聚合一层一层地打印,打印分辨率为25µm。紫外激光聚焦在一大桶光聚合物树脂上,导致分子链连接形成聚合物,构成了探头的主体。

打印探头后,在使用液态金属灌注技术创建导电射频线圈之前,对探头进行后处理。然后将其注入3D打印聚合物块内的微通道中,该聚合物块使用透明材料打印,以说明其内部通道结构。打印探头的首选材料是PLA,实验表明其在电气性能和材料背景信号方面都表现良好。

印刷了各种各样的探针头来研究不同的原位反应,如动力学监测、电化学反应监测、核磁共振(NMR)和成像。

研究人员使用3D Systems公司的ProJet 3510SD 3D打印机制作探头。图片由HK Additive提供。
3D Systems公司的ProJet 3510SD 3D打印机被研究人员用来制作探头。图像通过

潜在的应用

除了上面提到的实验外,研究人员还试图通过定制设计探头来证明其方法的普遍适用性。性能测试表明,尽管线圈材料的导电性存在一些缺点,但3D打印探头获得的图像具有更高的信噪比(SNR)。据研究人员称,这意味着该方法在定制MRI应用中具有“巨大的前景”。

该团队专注于解决射频探头传统制造方法遇到的精度和集成定制加工缺陷,而不是优化其3D打印替代方案的性能。目前采用的射频探头制作方法在集成化、定制化和小型化等方面存在困难。从本质上讲,通过这些技术制造具有复杂或不规则三维结构的射频线圈是不精确和耗时的,特别是考虑到小型化的需求。因此,研究人员试图通过他们的3D打印实验来克服这些问题。

虽然目前性能可能仍低于商用探头,但研究证明3D打印探头能够满足团队定制MR实验的要求。有鉴于此,所提出的方法为NMR研究和临床MRI检测的定制探头提供了基础,并为3D打印组件的MR系统开辟了一类新的应用。

这项研究的更多细节可以在标题为“用于磁共振的3D打印集成探头”,发表在《自然》杂志上。这项研究由谢志军、游X、黄Y、倪Z、王X、李X、杨C、张D、陈H、孙H和陈Z合著。

三维打印连续流动分离探头(CFSP)的内部结构和分离原理。图片通过厦门大学/自然。
三维打印连续流动分离探头(CFSP)的内部结构和分离原理。图片通过厦门大学/自然。

3D打印电子设备

尽管3D打印电子设备与其他添加剂制造应用相比,新技术正在雷电竞充值该领域不断发展,而潜在应用也在不断扩大。

这一领域的最前沿是纳米尺寸这是一家以色列3D打印电子公司。2019年9月,该公司宣布正在开发三维印刷电容器使用它的蜻蜓电子增材制造系统。雷电竞充值不久之后,纳米维宣布与韩国技术创新中心达成多年协议重庆科技园(CBTP),随着公司开发功能齐全的,3D打印物联网通信设备为他们的第一个合作产品。

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其他地方,硅谷的初创公司空间铸造希望介绍等离子体3D打印进入电子工业,而研究人员洛杉矶加利福尼亚大学(加州大学洛杉矶分校)已经设计出一种生产3D打印电子产品的方法快五倍比传统的技术。2月份,成为高精度微点胶机厂家nScrypt成功地微量分配一致的50微米焊料和粘合点这为将焊点直接精确地打印到平面和不规则形状的电子电路板上铺平了道路。

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专题图片展示了纳米维的蜻蜓LDM 3D打印技术的实际应用。照片通过纳米尺寸。
专题图片展示了纳米维的蜻蜓LDM 3D打印技术的实际应用。照片通过纳米尺寸。

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特征图像显示了不同场景下集成MR探头的3D打印和制造过程。图片通过厦门大学/自然。