供稿人:池金春 發(fā)布日期：2017-05-17
隨著飛秒激光器的普及化，雙光子吸收技術(shù)從最初的微觀顯示技術(shù)轉(zhuǎn)向微納3D打印。當(dāng)連續(xù)兩個(gè)光子在10的負(fù)15次方秒時(shí)間間隔內(nèi)被一個(gè)原子吸收并激活交聯(lián)固化反應(yīng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)納米尺度的光固化。該原理被應(yīng)用于三維零件立體打印成形，就是所謂的雙光子3D打印。雙光子3D打印因?yàn)橛袠O高的空間分辨率，在組織工程和原位修復(fù)，生物支架，微納光鏡制造，光子晶體，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，微納器件制造等領(lǐng)域引發(fā)眾多的研究和應(yīng)用。本文將介紹雙光子3D打印的分辨率、成形尺度和復(fù)雜光鏡打印三個(gè)方面的若干進(jìn)展。
隨著雙光子3D打印技術(shù)的研究深化，其空間分辨率逐漸從最初的亞微米級(jí)發(fā)展到100納米以下。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院研究人員開發(fā)出新型520納米可見光的雙光子可吸收聯(lián)苯發(fā)色團(tuán)光引發(fā)劑，成功實(shí)現(xiàn)了65 ± 5 納米結(jié)構(gòu)特征的支架結(jié)構(gòu)的立體打印。
雙光子3D打印的應(yīng)用受限因素之一是其可成形的宏觀尺寸。在實(shí)際應(yīng)用中，通常一方面要求能夠定制在微米和納米尺度層面定制微觀組織結(jié)構(gòu)；另一方面又要求有足夠大的宏觀尺度零件整體結(jié)構(gòu)。而當(dāng)前的雙光子3D打印尺寸受限在微米級(jí)范圍。最近德國(guó)漢諾威激光中心的研究人員將雙光子3D打印的成形尺寸極大地拓展到毫米級(jí)范圍，同時(shí)保證了該工藝具有亞微米級(jí)尺度的空間分辨率。研究人員開發(fā)出浸入式密封光鏡結(jié)構(gòu)，使光鏡可整體浸入到成形樹脂內(nèi)并沿著成形方面逐層升高，以此方式使得可成形高度提高到7毫米，也極大地拓寬了雙光子3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域。
此外，當(dāng)前光鏡系統(tǒng)的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都受限于目前的加工工藝，而光路傳播過(guò)程畸變的修正，高性能光學(xué)特性的發(fā)展對(duì)光鏡結(jié)構(gòu)提出了越來(lái)越高的要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，德國(guó)斯圖加特大學(xué)研究人員使用雙光子3D打印技術(shù)成功制作出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微納光鏡，使得復(fù)雜光鏡結(jié)構(gòu)的加工工藝上升到一個(gè)新的臺(tái)階。這項(xiàng)靈活的光鏡打印技術(shù)將有可能應(yīng)用到眾多光學(xué)微型儀器，如內(nèi)窺鏡、細(xì)胞生物學(xué)的光纖成像系統(tǒng)、新的照明系統(tǒng)、微型光纖鏡頭、集成的量子發(fā)射器和檢測(cè)器、以及具有自主視覺(jué)的微型無(wú)人機(jī)和機(jī)器人等。
