雙光子光刻是一種3D打印方法，與大多數(shù)激光3D打印技術(shù)不同，3D激光打印技術(shù)的分辨率受3D打印機(jī)激光點(diǎn)的大小限制，雙光子聚合技術(shù)可將打印分辨率提高到更高的精度。對(duì)于醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，即用于藥物輸送、組織再生、化學(xué)和材料合成的應(yīng)用而言，這項(xiàng)技術(shù)值得深入研究。我們介紹到國內(nèi)外雙光子光刻納米級(jí)3D打印技術(shù)的研究進(jìn)展。本期，借立陶宛維爾紐斯大學(xué)所進(jìn)行的玻璃陶瓷材料納米級(jí)3D打印研究，讓我們?cè)俅翁と脒@個(gè)精美的微縮世界。

打印后再燒結(jié)，形成玻璃 – 陶瓷晶體結(jié)構(gòu)

     立陶宛維爾紐斯大學(xué)發(fā)表了題為 Additive-Manufacturing of 3D Glass-Ceramicsdown to Nanoscale Resolution 的論文。研究團(tuán)隊(duì)表示，這些非晶材料及其增材制造的產(chǎn)品，具有強(qiáng)大的潛在熒光或超導(dǎo)性，有助于產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)牧孔狱c(diǎn)，并釋放納米生產(chǎn)的新潛力。

納米3D打印的Vytis微縮版雕塑，左邊是打印后的雕像，右邊是在1200℃下燒結(jié)1小時(shí)后的雕像。圖片來源：維爾紐斯大學(xué)。

       研究人員采用的3D打印技術(shù)為雙光子光刻技術(shù)，采用超快脈沖飛秒激光來精確固化光反應(yīng)材料。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，德國Nanoscribe已經(jīng)商業(yè)化的納米級(jí)3D打印設(shè)備也是采用雙光子光刻技術(shù)。在維爾紐斯大學(xué)的研究中，這種技術(shù)被稱為“超快激光3D光刻”或“3DLL”。

     在研究過程中使用的打印材料是玻璃陶瓷，或稱為“溶膠 -凝膠” SZ2080，這是一種改良的硅膠和光聚合物，經(jīng)常應(yīng)用在醫(yī)學(xué)研究中，用于制造UV保護(hù)涂層或量子點(diǎn)。在研究中，科研人員通過超快激光3D光刻技術(shù)打印了Vytis微型雕塑、立陶宛徽章、立方體、光子晶體結(jié)構(gòu)和六角形支架等樣件。

打印后的微結(jié)構(gòu)（左）與燒結(jié)后的微結(jié)構(gòu)（右）。 圖片來源：維爾紐斯大學(xué)。

     研究團(tuán)隊(duì)采用的是多步驟工藝，首先SZ2080材料被3D打印成所需形狀，有幾百納米大小。隨后，3D打印樣件在高達(dá)1500℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。研究團(tuán)隊(duì)稱，燒結(jié)工藝分解了80％的材料成分，使打印樣件收縮40-50％，并具有比打印部件更高的分辨率。二氧化硅和氧化鋯前體存在于無機(jī)組分中，在最終燒結(jié)的陶瓷材料中會(huì)形成二氧化硅和氧化鋯晶相，形成玻璃 – 陶瓷晶體結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)卓越的機(jī)械和化學(xué)性能。

     關(guān)于這一技術(shù)的應(yīng)用，研究團(tuán)隊(duì)在發(fā)表的論文中表示，“超快激光3D光刻”技術(shù)為多種光學(xué)結(jié)晶無機(jī)材料微型器件的制造提供了一條新途徑。這種工藝可以制造復(fù)雜而具有彈性的微觀器件，并且具有一些新的特性，例如在惡劣的物理和化學(xué)環(huán)境中的彈性特征。該技術(shù)將可用于制造一些在惡劣物理和化學(xué)環(huán)境以及高溫環(huán)境中使用的微型器件。