大自然能释放增材制造的潜力吗?

如果增材制造的终极目标是找到通用的零件套件，那么最近受自然启发的小分子化学的发展可能会让我们更接近这个未来世界。

假设你今晚回家发现马桶水箱里的浮臂坏了，你有几个不测的客人来吃晚饭，你的岳母需要新眼镜，而你的儿子必须在明天之前做一个加州教会大楼的比例模型。

在未来的增材制造世界里，你几乎不会流汗，因为你将能够使用家中的3d打印机，制造你需要的一切:坚固的金属部件;明确丙烯酸;食物;当然，还有那些小小的西班牙瓦片。

这也没那么牵强吧?事实上，所有这些东西都可以在今天制造出来(尽管很慢)，从引擎部件到假牙再到设计好的晚餐主菜。目前大多数的AM方法都是利用分子的化学混合物，然后用紫外光或热等物质将其催化成不同的分子结构，通常是相变;从液体变成固体。

这是在新融合层中构建这种材料的背景下完成的。然而，通常情况下，不同的产品需要不同的材料和机器类型。例如，立体平版印刷可能做得最好的东西，在熔融沉积模型中可能就不那么好。我们缺少的是在不改变原料或机器类型的情况下做出各种各样东西的能力。

最小的部件，最大的多样性

当然，大自然是这一切的老手。模块化是她的中间名字，迷你/最大模式一直在生物中心运作。用最少的部件实现最大的多样性，这是因为决定行为和性能的往往是少数部件如何通过线性尺度排列，而不是部件的数量。

尽管如此，自然和技术之间还是存在着巨大的差异。一个很大的区别是自然材料的基础规模;另一个是持续的信息流需要保持生产的进行。

最近的研究进展可能使我们在第一个计数，规模上更接近自然模型。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个团队已经做到了设计了一个自动化的流程用一套普通的积木合成14类不同的小分子。

小分子如O2、N2和CO2在医学、生物研究和技术方面有非常重要的用途。例如，大多数药物都可以归类为小分子药物。

正如他们的公式所示，这些分子只有几个或几个原子连接在一起。在本质上，它们一次又一次地连接在一起，形成复杂的数组，并根据这些数组用于不同的任务。

例如，你体内的蛋白质根据它们的排列来执行许多工作，从酶到转运体。伊利诺伊大学的研究小组研究了数千种化学结构，以识别基本模式。

如果他们能够基于这些模式以一种更有效的方式合成它们，那么无数个小时的定制化学就可以被消除，许多非专业的研究人员就可以探索新型药物。

“大自然以同样的方式制造大多数小分子，”研究小组负责人马丁·伯克向phys.org报告说。伯克是化学教授，医学博士和霍华德休斯医学研究所的早期职业科学家。“有少量的构建模块，它们一次又一次地结合在一起，以一种迭代的方式使用相同的化学物质。(这些)构建模块一次又一次地出现，我们已经能够剖析出最常见的构建模块。”

b级电影的道具?

为了生产这些基本配方，他们制造了一台机器，看起来就像科幻电影里的道具:到处都是小瓶和管子，看起来几乎是可怕的复古机械。该设备通过分离和测序所需步骤来调节构建分子的过程。在每个工位，需要的成分被加入，化学反应被诱导，其副产品被冲走，产品被保存到下一个步骤。

显然，对研究人员来说，最困难的挑战是弄清楚如何持续地清除副产品，并保留所需的分子。这是一种真正的“自下而上”的构造，就像自然界一样，研究人员能够将它们的基本部分连接在一起，形成更复杂的阵列。

研究小组在3月13日的杂志上报告了他们的发现科学它已经展示了生产数千种化学物质的能力，大多数都是在数小时内完成的。

伯克希望这种发展将打开一个全新的世界的探索,就像现在大规模的三维印刷是做:“愿景是任何人都可以去一个网站,挑选他们想要的构建块,指导他们通过网络,和小分子合成和运输。我们还没有做到这一点，但我们现在有了一个可行的路线图，可以让非专业人士按需进行小分子合成。”

伯克成立了一家私人公司，革命的药物第三岩石风险投资公司(Third Rock Ventures)为该技术提供了4500万美元的A轮融资，用于将其商业化。

Infomatics和自动化

他们正在开发两种方法，这是伊利诺伊大学研究的结果，并在特殊许可安排下:用于识别基本结构模式或支架的信息学平台，以及公司原型设备中使用的自动化过程。

这家位于加州雷德伍德城的公司将利用这项新技术迅速制造出候选化合物，供制药市场使用。他们的首要目标是制造新的配方，以改进一种经过严格测试的抗真菌药物两性霉素B。

虽然这种天然化合物已经在临床上使用了50年，没有明显的耐药性，但它确实有一个剂量限制的副作用:过量会损害肾脏。Burke的团队已经证明了抗真菌机制可以从肾细胞损伤机制中分离出来。该团队正在开发一种新型化合物，这种化合物可以在不损害人体细胞的情况下杀死真菌。

通过跟踪和分析自然界的模式，然后将这些流程简化为一种自下而上的制造方法，这将扩大目前漫长而艰苦的定制化学，这一发展似乎代表了医学领域的一个独特的里程碑。

我还认为它可以为更广泛的应用提供一个模型，并可能代表着在未来你的家庭中真正了不起的3d打印机所需的通用原料和流程方面更近一步。

随着我们越来越善于在原子和分子的尺度上模仿自然，我们将在日常生活中看到更多这样的事情。