科大研發熱電氣溶膠印表機 加速壓電生物薄膜生產

香港文匯報訊（記者 金文博）壓電生物材料是能夠在機械應變作用下產生電能的生物材料，基於其卓越的電機特性、生物相容性和生物可吸收性，科學界愈加關注它在生物醫學微機電系統、可穿戴和植入式電子設備以及生物組織治療中的應用潛力。然而，該材料也有巨集觀壓電性較弱、機械性能差，以及難以大規模生產的缺點，一直窒礙其應用發展。

近期，由香港科技大學機械及航空航天工程學系教授楊徵保領導的團隊，聯同香港城市大學和洛桑聯邦理工學院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne）合作的研究項目取得突破，團隊利用熱電複合場誘導的氣溶膠形成，成功開發了一台熱電氣溶膠（TEA）生物印表機，實現了壓電生物薄膜的一步、高通量、卷對卷製造。該TEA生物印表機顯著提高了壓電生物薄膜的生產效率，相比現行技術能將製膜速度提升數以百倍，使生物相容和生物可降解電子設備中的壓電部件有望實現工業規模生產，特別在醫療領域展現出極大的應用潛力，例如製作術後臨時心臟起搏器中的超聲能量收集器。

楊徵保表示，傳統的生物分子組裝方法通常需要較長的疇對準時間，一般可長達48小時；另一個問題是，現行技術無法同時實現高速和多功能製造，對列印尺寸、結構和功能的控制也顯得不足，往往導致製成品出現不必要的材料結構缺陷。他續指，傳統的製造方法過程複雜，而且成本高昂，令大規模生產不可行。為了突破這些限制，研究團隊採用了電場力操控氣溶膠，並藉助靜電斥力實現同質成核，以確保氣溶膠高通量地沉積到基材上。

在實驗中，研究人員使用一塊配備9個噴嘴的列印面板，構建了一台三維卷對卷TEA印表機。當熱電耦合場達到足夠強度時，微墨水流便會被拉拽、霧化並氣溶膠化，沉積到卷對卷平台上，形成連續的薄膜或微圖案。楊徵保解釋，研究結果顯示，團隊的TEA方法透過電動氣溶膠化和原位電極化，能夠實現每日約8,600毫米的列印長度，速度比現有技術快兩個數量級，「換句話說，即是數以百倍計的提速。」

楊徵保指出，自從科學家在羊毛和頭髮中發現生物壓電性，過去80年以來，壓電生物材料的研究一直停滯在實驗室裡，與生物設備的發展相距甚遠，而該研發將為壓電生物薄膜的工業製造開闢新途徑，從而促進微型或柔性生物電子設備、可穿戴或植入式微型設備，以及生物組織治療的發展。研究成果已發表於《科學進展》期刊，並獲《自然電子》評為亮點報道。