宋延林課題組《Adv Mater》：3D打印出極高性能的隱形眼鏡結(jié)構(gòu)！

來(lái)源：材料科學(xué)與工程

隱形眼鏡的制備方法復(fù)雜、耗時(shí)且依賴(lài)于昂貴的拋光及研磨工藝，3D打印采用了無(wú)模具自由成形原理來(lái)構(gòu)造三維結(jié)構(gòu)，可用于簡(jiǎn)便、快速及按需制備隱形眼鏡。然而，臺(tái)階效應(yīng)限制了3D打印隱形眼鏡結(jié)構(gòu)的發(fā)展，不僅會(huì)降低Z軸打印精度，還使得打印結(jié)構(gòu)表面粗糙，性質(zhì)各向異性，使其無(wú)法滿足高清晰成像的要求。因此，抑制臺(tái)階效應(yīng)對(duì)于3D打印技術(shù)在光學(xué)結(jié)構(gòu)中的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

在科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心的大力支持下，化學(xué)研究所綠色印刷實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組近年來(lái)在低粘附連續(xù)3D打印領(lǐng)域開(kāi)展了系統(tǒng)研究，先后利用仿生超潤(rùn)滑固化界面來(lái)減少固化樹(shù)脂與固化界面之間粘附，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、單墨滴3D打�。≧esearch 2018, 2018, 479560, Nat. Commun. 2020, 11, 521, Nat. Commun. 2020, 11, 4685）。

近期，該課題組提出了一種基于數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)的連續(xù)液膜限制的3D打印策略，消除了逐層打印過(guò)程中出現(xiàn)的臺(tái)階效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高精度3D結(jié)構(gòu)的制備。在連續(xù)打印過(guò)程中，附著在固化結(jié)構(gòu)外的液膜始終受到固-液界面的限制。

該液體樹(shù)脂-固化結(jié)構(gòu)界面的限制作用一方面增強(qiáng)了未固化的液體樹(shù)脂吸入并填充于相鄰圖案層之間的間隙，以消除臺(tái)階效應(yīng)；另一方面可作為液體刮刀刮除固化結(jié)構(gòu)外包覆的多余樹(shù)脂，以實(shí)現(xiàn)高保真打印。由于粘附的液膜是作為過(guò)渡層而不是傳統(tǒng)上認(rèn)為的液體樹(shù)脂殘余物，因此避免了后清洗步驟。通過(guò)優(yōu)化墨水性質(zhì)和打印參數(shù)，可以很好地控制3D打印隱形眼鏡結(jié)構(gòu)的液膜厚度和表面光滑度。除此之外，該技術(shù)還可以抑制熱累積和熱擴(kuò)散，確保了連續(xù)打印過(guò)程的穩(wěn)定性。基于該打印策略，研究人員制備了具有極高的光滑度（均方根粗糙度小于1.3 nm）、均勻的機(jī)械性能、良好的生物相容性以及高光學(xué)質(zhì)量（透光性和光學(xué)分辨率高達(dá) 96%和228.1 lp/mm）的隱形眼鏡結(jié)構(gòu)。

圖1  連續(xù)液膜限制的3D打印過(guò)程和3D打印隱形眼鏡結(jié)構(gòu)及其表征

該研究成果近日發(fā)表于Advanced Materials期刊上（Adv. Mater. 2021, DOI: 10.1002/adma.202107249），第一作者是博士生張虞，通訊作者是宋延林研究員和吳磊副研究員。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107249