研究人員在2PP 3D打印中實(shí)現(xiàn)高分辨率復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)制備

導(dǎo)讀：在一系列的研究中，德國(guó)弗萊堡大學(xué)海王星實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們不僅將2PP雙光子聚合3D打印的潛力推向了現(xiàn)有的極限，而且在2021年展示了驚人的亞微米分辨率，成功打印出了復(fù)雜的鉑3D微結(jié)構(gòu)。這一系列的研究成果為微觀尺度制造的前沿研究提供了新的思路。

△使用NanoOne 2PP 3D打印機(jī)的單微米嵌入式微流控芯片。Manuel Luitz及其同事成功打印了通道長(zhǎng)度超過(guò)20厘米的液滴發(fā)生器和芯片，通道直徑僅為30微米，通道間距為4微米

2023年11月10日，南極熊獲悉，今年，該團(tuán)隊(duì)成功以前所未有的速度生產(chǎn)了類似的鎢制結(jié)構(gòu)，并且還成功制造了具有單微米分辨率的嵌入式微流控芯片。這一系列成果標(biāo)志著在3D打印領(lǐng)域的又一個(gè)突破，為復(fù)雜微結(jié)構(gòu)和高分辨率微流體芯片的定制生產(chǎn)提供了嶄新的可能性。

△UpNano的NanoOne 3D打印機(jī)

首席科學(xué)家Manuel Luitz在使用奧地利公司UpNano的NanoOne 2PP 3D打印機(jī)時(shí)獲得了成功。在成功地吸引Luitz加入U(xiǎn)pNano后，該公司計(jì)劃繼續(xù)重新定義2PP 3D打印的可行性規(guī)則，可能包括改進(jìn)技術(shù)、提高效率或拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

2PP 3D打印技術(shù)在高分辨率方面具有潛力，但在實(shí)際應(yīng)用中存在兩個(gè)主要限制，即打印速度較慢和可用的光聚合材料有限。然而，在德國(guó)弗萊堡大學(xué)工藝技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（NeptunLab）工作期間，Manuel Luitz經(jīng)過(guò)數(shù)年的研究，成功地顯著減輕了這些限制，可能通過(guò)改進(jìn)技術(shù)或開(kāi)發(fā)新的材料，從而為2PP 3D打印技術(shù)的應(yīng)用提供了更多可能性。

這項(xiàng)工作的成果已經(jīng)發(fā)表在《Advanced Materials》、《Advanced Engineering Materials》和《Advanced Materials Technology》雜志上，連續(xù)三篇論文。

△論文“使用雙光子光刻技術(shù)制造具有單微米分辨率的嵌入式微流體芯片”（傳送門(mén)）

巧妙的芯片通道清潔

在這一最新進(jìn)展中，Luitz及其團(tuán)隊(duì)利用NanoOne打印機(jī)成功定義了單微米嵌入式微流控芯片的開(kāi)發(fā)方案。這款打印機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)15個(gè)數(shù)量級(jí)的高分辨率3D打印。借助該打印機(jī)的出色性能，該團(tuán)隊(duì)成功打印出一款芯片，該芯片可以通過(guò)與世界的接口連接到壓力驅(qū)動(dòng)泵。

Luitz解釋說(shuō)：“這是微流控芯片制造領(lǐng)域的一項(xiàng)突破，因?yàn)槲⒘骺匦酒�高分辨�?D打印的主要障礙之一是清洗嵌入通道中的未固化材料。 這使得生產(chǎn)通道長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)20厘米的曲折芯片、液滴發(fā)生器芯片以及基于確定性橫向位移的細(xì)胞分選芯片（柱直徑為30μm，柱間距為4μm）成為可能�！�

Luitz繼續(xù)解釋：“因此，使用NanoOne，我們能夠在不到12小時(shí)的合理時(shí)間內(nèi)，以厘米級(jí)尺寸和微米級(jí)分辨率打印出微流控芯片�！�

△論文“用于鎢和碳化鎢微結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)光樹(shù)脂的高分辨率圖案化”（傳送門(mén)）

打印理想的鎢

在此之前，Luitz將NanoOne打印機(jī)應(yīng)用于一個(gè)與之前完全不同的領(lǐng)域，這將顯著擴(kuò)大可以使用2PP進(jìn)行3D打印的材料范圍。他成功地應(yīng)用于高分辨率增材制造工藝，"馴服"了鎢和碳化鎢。這并非易事，因?yàn)檫@兩種材料以其極高的硬度（莫氏硬度9.0）和耐熱性（熔點(diǎn)>3,400°C）而著稱，使得它們難以加工。然而，發(fā)射器尖端、探針、微型工具以及對(duì)由鎢及其碳化物制成的高分辨率物體的超材料或催化等應(yīng)用需求很高。

△論文“用于制造鉑微結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)光樹(shù)脂的高分辨率圖案”（傳送門(mén)）

Luitz解釋說(shuō)：“使用NanoOne打印機(jī)，我們能夠設(shè)計(jì)一種基于含有鎢離子的有機(jī)-無(wú)機(jī)光樹(shù)脂的制造工藝。然后，聚合物部件經(jīng)過(guò)熱脫脂和還原，從而實(shí)現(xiàn)鎢部件的最終分辨率為2μm和碳化鎢零件為7μm的分辨率�！�

△通過(guò)2PP技術(shù)實(shí)現(xiàn)鎢和碳化鎢的微觀結(jié)構(gòu)

Luitz成功使用3D打印技術(shù)打印鎢并非偶然。該團(tuán)隊(duì)此前曾用鉑金取得過(guò)類似的成果。實(shí)際上，他們能夠生產(chǎn)獨(dú)立式納米柱以及分辨率為300nm的復(fù)雜3D鉑微結(jié)構(gòu)。這種微小結(jié)構(gòu)將在各種工程應(yīng)用中使用，包括超材料和催化，其中鉑的大表面積和物理化學(xué)性質(zhì)非常理想。