龙8国际头号玩家细胞研究细胞骨架示意图一种基于非线性光学过程的激光直写微细加工技
龙8头号玩家在纳米级打印方面具有独特的显著优势,可以直接从计算机辅助设计(CAD)模型制造任意三维原型,分辨率高达100nm,已广泛应用于生命科学、材料科学、
直写技术能够制造具有高空间分辨率和尺寸精度的三维结构。基于激光的直接写入方法对于3D微结构的制造尤其具有吸引力。双光子光刻(Two-photon Lithography,TPL)是一种基于非线性光学过程的激光直写微细加工技术,与传统立体光刻相比,TPL提供了更高的分辨率,它能够产生比激光束投射点更小的聚合单元,允许以更高的空间分辨率进行线D结构制造。TPL的三维制造特性非常适合复杂形状的制造,并有利于超材料的构建。
TPL运行所依赖的基本现象是双光子吸收(Two-photon Absorption,TPA),双光子吸收的发生主要在脉冲激光所产生的超强激光焦点处,利用两个光子同时吸收能量来激发光敏聚合物的聚合反应,从而实现精密的三维结构制造。
图1 a)TPL 3D打印制造系统的典型装备示意图;b)TPA诱导光敏材料在焦点中心固化示意图
丙烯酸酯基光刻胶在TPL中很受欢迎,由于其成本低廉、多功能性龙8国际头号玩家、快速加工、具有机械和光学上的稳定性,被广泛用于生产医疗设备、细胞支架等。
图2 A)核心丙烯酸酯官能团;B)丙烯酸酯聚合物骨架;C)丙烯酸酯微针;D)用于光束扩展的超细光纤;E)微型雾化器;F)神经网络的细胞支架;G)丙烯酸酯细胞支架
TPL 中广泛研究的另一类材料是水凝胶,水凝胶具有与细胞外基质相似的成分,使其成为模仿细胞 3D 环境的完美候选者。虽然水凝胶具有强大的仿生特性和较低的细胞毒性,但机械稳定性较低,因此经常需要增强其交联度。
图3 A)明胶型水凝胶肽主链之间的物理相互作用;B)由PEG-DA低聚物组成的水凝胶与n个重复乙二醇单元的化学相互作用;C-G)水凝胶细胞支架实例
SU-8是一种独特的环氧基光刻胶,每个单体具有8个环氧基团。由于其良好的加工性能、高分辨率和高机械强度,广泛应用于传统的 3D 激光光刻,同样可通过TPL聚合。SU-8聚合后需要进行热处理,以提高相关应用中的热稳定性。
图4 A)核心环氧化物单体官能团;B)环氧聚合物骨架;C)给TPL加工的微机器人添加镍钛涂层;D)螺旋微机器人;E)垂直打印的SU-8微型机器人;F+G)由于与涂覆工艺相关的蒸发过程而在基板上产生的阴影特写;H)带有微粒装载支架的微游泳机器人
TPL 最常用的材料之一是混合有机-无机光刻胶。有机部分可以实现力学性能的调节、孔隙率的控制,为材料带来额外的物理或生物性能;而无机部分使材料具有热稳定性和机械稳定性,还可以改变混合体的折射率,有助于实现电子、电化学或活性光子特性。
图5 A)ORMOCER聚合物的有机/无机杂化骨架;B)Ormocer微针;C)微针阵列;D)血浆分离微滤器;E)用于研究光物质相互作用的光学微谐振器
TPL的加工分辨率可达百纳米精度,且加工过程不需要额外掩模版配合,可加工任意三维结构,因此近年来在许多领域得到了广泛的研究和应用:
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