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纳米尺度3D打印若干进展

纳米尺度3D打印若干进展

供稿人:池金春   发布日期:2017-05-17

随着飞秒激光器的普及化,双光子吸收技术从最初的微观显示技术转向微纳3D打印。当连续两个光子在10的负15次方秒时间间隔内被一个原子吸收并激活交联固化反应时,可以实现纳米尺度的光固化。该原理被应用于三维零件立体打印成形,就是所谓的双光子3D打印。双光子3D打印因为有极高的空间分辨率,在组织工程和原位修复,生物支架,微纳光镜制造,光子晶体,数据存储技术,微纳器件制造等领域引发众多的研究和应用。本文将介绍双光子3D打印的分辨率、成形尺度和复杂光镜打印三个方面的若干进展。

随着双光子3D打印技术的研究深化,其空间分辨率逐渐从最初的亚微米级发展到100纳米以下。美国佐治亚理工学院研究人员开发出新型520纳米可见光的双光子可吸收联苯发色团光引发剂,成功实现了65 ± 5 纳米结构特征的支架结构的立体打印。

双光子3D打印的应用受限因素之一是其可成形的宏观尺寸。在实际应用中,通常一方面要求能够定制在微米和纳米尺度层面定制微观组织结构;另一方面又要求有足够大的宏观尺度零件整体结构。而当前的双光子3D打印尺寸受限在微米级范围。最近德国汉诺威激光中心的研究人员将双光子3D打印的成形尺寸极大地拓展到毫米级范围,同时保证了该工艺具有亚微米级尺度的空间分辨率。研究人员开发出浸入式密封光镜结构,使光镜可整体浸入到成形树脂内并沿着成形方面逐层升高,以此方式使得可成形高度提高到7毫米,也极大地拓宽了双光子3D打印的应用领域。

此外,当前光镜系统的尺寸、形状、结构设计等都受限于目前的加工工艺,而光路传播过程畸变的修正,高性能光学特性的发展对光镜结构提出了越来越高的要求。为了解决这个问题,德国斯图加特大学研究人员使用双光子3D打印技术成功制作出复杂结构的微纳光镜,使得复杂光镜结构的加工工艺上升到一个新的台阶。这项灵活的光镜打印技术将有可能应用到众多光学微型仪器,如内窥镜、细胞生物学的光纤成像系统、新的照明系统、微型光纤镜头、集成的量子发射器和检测器、以及具有自主视觉的微型无人机和机器人等。

文献来源

  1. http://soft-matter.seas.harvard.edu/index.php/Multi-photon_lithography
  2. Haske, Wojciech, et al. "65 nm feature sizes using visible wavelength 3-D multiphoton lithography." Optics express 15.6 (2007): 3426-3436.
  3. Obata, Kotaro, et al. "High-aspect 3D two-photon polymerization structuring with widened objective working range (WOW-2PP)." Light: Science & Applications 2.12 (2013): e116.
  4. Gissibl, Timo, et al. "Two-photon direct laser writing of ultracompact multi-lens objectives." Nature Photonics (2016).