研究人員在2PP 3D打印中實現(xiàn)高分辨率復雜微結(jié)構(gòu)的精準制備

導讀：在一系列的研究中，德國弗萊堡大學海王星實驗室的科學家們不僅將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度超過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，該團隊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。這一系列成果標志著在3D打印領(lǐng)域的又一個突破，為復雜微結(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

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

2PP 3D打印技術(shù)在高分辨率方面具有潛力，但在實際應用中存在兩個主要限制，即打印速度較慢和可用的光聚合材料有限。然而，在德國弗萊堡大學工藝技術(shù)實驗室（NeptunLab）工作期間，Manuel Luitz經(jīng)過數(shù)年的研究，成功地顯著減輕了這些限制，可能通過改進技術(shù)或開發(fā)新的材料，從而為2PP 3D打印技術(shù)的應用提供了更多可能性。

這項工作的成果已經(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）

巧妙的芯片通道清潔

在這一最新進展中，Luitz及其團隊利用NanoOne打印機成功定義了單微米嵌入式微流控芯片的開發(fā)方案。這款打印機能夠?qū)崿F(xiàn)高達15個數(shù)量級的高分辨率3D打印。借助該打印機的出色性能，該團隊成功打印出一款芯片，該芯片可以通過與世界的接口連接到壓力驅(qū)動泵。

Luitz解釋說：“這是微流控芯片制造領(lǐng)域的一項突破，因為微流控芯片高分辨率3D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)通道長度長達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小時的合理時間內(nèi)，以厘米級尺寸和微米級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-無機光樹脂的高分辨率圖案化”（傳送門）

打印理想的鎢

在此之前，Luitz將NanoOne打印機應用于一個與之前完全不同的領(lǐng)域，這將顯著擴大可以使用2PP進行3D打印的材料范圍。他成功地應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，因為這兩種材料以其極高的硬度（莫氏硬度9.0）和耐熱性（熔點>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用需求很高。

△論文“用于制造鉑微結(jié)構(gòu)的有機-無機光樹脂的高分辨率圖案”（傳送門）

Luitz解釋說：“使用NanoOne打印機，我們能夠設計一種基于含有鎢離子的有機-無機光樹脂的制造工藝。然后，聚合物部件經(jīng)過熱脫脂和還原，從而實現(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2PP技術(shù)實現(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。該團隊此前曾用鉑金取得過類似的成果。實際上，他們能夠生產(chǎn)獨立式納米柱以及分辨率為300nm的復雜3D鉑微結(jié)構(gòu)。這種微小結(jié)構(gòu)將在各種工程應用中使用，包括超材料和催化，其中鉑的大表面積和物理化學性質(zhì)非常理想。