維爾紐斯大學(xué)發(fā)布開創(chuàng)性多光子3D光刻技術(shù)指南

2025年4月22日，南極熊獲悉，由立陶宛維爾紐斯大學(xué)（Vilnius University）牽頭的跨學(xué)科研究團(tuán)隊近日在《Nature Reviews》期刊上發(fā)表了首篇關(guān)于多光子3D光刻（MP3DL）的綜合性技術(shù)指南。這項工作由該校物理學(xué)院激光研究中心（Laser Research Center, LRC）協(xié)調(diào)組織，合作團(tuán)隊涵蓋來自美國、德國以及日本的專家學(xué)者。

△MP3DL的最新研究成果

MP3DL的核心原理基于多光子吸收誘導(dǎo)的局部光化學(xué)反應(yīng)，通常通過超快激光脈沖實現(xiàn)。這一機制可實現(xiàn)極高的能量空間約束，從而實現(xiàn)納米級精度的材料交聯(lián)。據(jù)研究人員指出，該技術(shù)可用于構(gòu)建特征尺寸小于100納米的復(fù)雜三維自由曲面結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于納米光子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)支架、微光學(xué)器件等高端領(lǐng)域。

△維爾紐斯大學(xué)是波羅的海地區(qū)在光子學(xué)和激光科學(xué)領(lǐng)域具有領(lǐng)先地位的研究機構(gòu)之一。此次研究由激光微加工領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物Mangirdas Malinauskas教授主導(dǎo)

該技術(shù)指南詳細(xì)介紹了MP3DL的實驗實現(xiàn)方法，涵蓋振鏡掃描系統(tǒng)、壓電平臺以及高數(shù)值孔徑（NA）顯微透鏡的協(xié)同作用。文中重點探討了體素（voxel）控制策略、負(fù)性光刻膠的曝光閾值特性，以及材料在高強度飛秒激光照射下的非線性響應(yīng)行為。這類精密控制機制使得研究人員能夠在不引發(fā)熱損傷的情況下，高效地制造出復(fù)雜的微納結(jié)構(gòu)。

Mangirdas Malinauskas教授指出：“我們從一開始就具有獨創(chuàng)性，因為我們使用的是發(fā)射綠光的立陶宛激光器，而大多數(shù)其它研究人員使用的是紅外激光器。研究團(tuán)隊對波長的選擇需要不同的工藝參數(shù)，并幫助建立了現(xiàn)在在入門書中記錄的替代制造方案�！�

△相關(guān)研究名稱“多光子3D光刻技術(shù)”（傳送門）

解決可重復(fù)性和方法論碎片化問題

在此出版物發(fā)布之前，MP3DL研究領(lǐng)域各自為政，各實驗室和供應(yīng)商通常采用不同的假設(shè)、校準(zhǔn)方法及術(shù)語。而這本指南通過明確解釋關(guān)鍵參數(shù)、概述可重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)并統(tǒng)一術(shù)語，為這個領(lǐng)域帶來了所需的一致性。

Malinauskas教授補充道：“我們的這本入門書是多光子3D光刻領(lǐng)域的開創(chuàng)之作。它系統(tǒng)地闡述了這項技術(shù)背后的所有原理，并揭示了許多原創(chuàng)研究論文中經(jīng)常被忽視的重要細(xì)節(jié)。”

文章中區(qū)分了相同設(shè)備內(nèi)以及不同儀器之間的可重復(fù)性問題。另外，指南中還提供了針對環(huán)境溫度與濕度控制、激光輸出穩(wěn)定性表征，以及如何在樣品制備過程中避免顯影階段產(chǎn)生毛細(xì)管應(yīng)力的詳細(xì)指導(dǎo)。此外，文中還記錄了如何利用臨界點干燥技術(shù)與低表面張力溶劑的使用，以解決通常影響高縱橫比納米結(jié)構(gòu)的失效模式。

△強度空間分布和閾值

光學(xué)、微流體和機器人領(lǐng)域的記錄應(yīng)用

指南中描述的制造性能包括使用先進(jìn)的掃描配置，實現(xiàn)在22納米線寬下的打印精度，并且具備每秒高達(dá)1.48×10⁸ 體素的吞吐量。報告中提到的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了光子晶體、光學(xué)超材料、折射與衍射微光學(xué)器件、用于生物醫(yī)學(xué)輸送的微型機器人以及功能化微流體系統(tǒng)。

相關(guān)研究還探討了材料在可編程剛度、低自發(fā)熒光和生物活性表面化學(xué)方面的兼容性，這些特性對于開發(fā)光學(xué)傳感器和細(xì)胞相互作用基質(zhì)至關(guān)重要。

△MP3DL的應(yīng)用示例

MP3DL已納入維爾紐斯大學(xué)所有學(xué)位課程，學(xué)生可參與基于實驗室的制造與性能分析課程，進(jìn)一步推動立陶宛在光子學(xué)與增材制造領(lǐng)域的專業(yè)發(fā)展。當(dāng)前研究聚焦于曝光協(xié)議優(yōu)化、自適應(yīng)體素調(diào)整及自動參數(shù)選擇。未來將結(jié)合機器學(xué)習(xí)，實現(xiàn)打印參數(shù)的實時調(diào)控，并提升對新型混合光刻膠的適配能力。

最后，這項研究還評估了當(dāng)前技術(shù)的局限性，包括分辨率與吞吐量之間的權(quán)衡、材料特異性限制，以及大規(guī)模制造中可能出現(xiàn)的拼接誤差。