用于X射線顯微鏡，科學家一分鐘內3D打印出納米鏡片

2018年10月16日，南極熊從外媒獲悉，Max Planck智能系統(tǒng)研究所的科學家們使用3D打印技術，從聚合物材料制造出具有納米尺寸特征和出色聚焦能力的X射線透鏡。 這項新技術使他們能夠在一分鐘內制造出具X射線光學特性的單透鏡，從而降低了原型制造的成本。

X射線顯微鏡是獨特地結合納米尺寸分辨率和大穿透深度的成像工具。 X射線顯微鏡或XRM是唯一能夠以高分辨率研究埋藏特征的技術，例如，它允許您在不破壞計算機中央處理單元的情況下查看其中的缺陷，使微機械在工作條件下可見，并研究自然環(huán)境細胞內的細胞器。

然而，X射線的聚焦需要具有極具挑戰(zhàn)性的納米級幾何形狀的光學器件。由于其復雜的納米制造方法，單個鏡頭可能花費高達數(shù)萬歐元。

該研究所的現(xiàn)代磁系統(tǒng)和物理智能部門已經(jīng)聯(lián)手尋找一種新的，更便宜的方法來制作3D Kinoforms，會聚透鏡，能夠有效地聚焦X射線。 Kinoforms以非理想的近似圖案制造，并且需要復雜的多步驟制造工藝。這就是3D打印發(fā)揮作用的地方。他們發(fā)現(xiàn)飛秒雙光子3D納米打印是制造這種衍射X射線光學元件的最佳方法。

“我們使用了飛秒脈沖紅外（IR）激光器，以及可以通過同時吸收多個紅外光子來聚合的光刻膠，以寫入小于光波長的結構”，Umut T. Sanli博士解釋說�！巴ㄟ^這種方式，我們實現(xiàn)了極具挑戰(zhàn)性的X射線透鏡幾何結構，具有納米級特征和非常高的聚焦效率，他繼續(xù)說道。初步結果顯示，使用直接軟X射線成像和ptychography的3D打印的kinoforms表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，效率高達20％�！�

由于輻射損壞，幾乎每年都需要更換XRM的X射線光學系統(tǒng)。因此，重要的是找到高產(chǎn)量和高產(chǎn)量的制造工藝來制造X射線透鏡。

“選擇合適的材料是制造過程的關鍵部分，”Micro / Nano集團負責人Kahraman Keskinbora博士解釋道。他和他的團隊選擇雙光子聚合（2PP）聚合物來制造X射線透鏡。

“我們意識到2PP-聚合物具有非常有利的X射線光學特性，只能與鈹 - 一種劇毒元素 - 以及非常昂貴的鉆石相匹配�！贝送�，鈹和金剛石都很難成形在納米尺度上進入所需的3D輪廓。 “使用新發(fā)明，鏡頭的3D打印只需不到一分鐘，因此，X射線鏡頭的原型制造和制造成本大大降低。此外，聚合物鏡片制造安全，一旦優(yōu)化，制作很簡單，“Hakan Ceylan博士強調說。

△3D納米打印技術在新概念和新型X射線光學中的應用。

“我們通過將幾個鏡頭組合在一起向前邁進了一步。 通過集成各種光學器件，我們可以有效地控制和操縱X射線波陣面。 隨著幾個鏡頭和其他波前成形元件一個接一個地定位，我們可以優(yōu)化這些集成的X射線光學系統(tǒng)，即使是非常堅硬的X射線能量范圍，“Keskinbora說。 “因此，有許多新的研究場所可供遵循�！�

研究人員在Max-Planck-Innovation的幫助下為他們的發(fā)明申請了專利申請。

完整的科學論文可以在這里找到。

編譯自：3ders