弗萊堡大學雙光子聚合3D打印技術取得新突破，可打印高精密鎢結構和微流控芯片

2023年11月25日，南極熊獲悉，德國弗萊堡大學 NeptunLab 的科學家們在雙光子聚合 (2PP) 3D 打印技術取得新的突破。該團隊在曾在 2021 年以驚人的亞微米分辨率成功打印了復雜鉑金屬 3D 微結構。今年，NeptunLab團隊成功以前所未有的速度生產了類似的鎢金屬結構以及具有單微米分辨率的嵌入式微流控芯片。在這三篇論文中，首席科學家 Manuel Luitz 使用了UpNano GmbH 的 NanoOne 2PP 3D 打印機。與此同時，在成功招募 Luitz 加入 UpNano 后，NeptunLab公司將繼續(xù)開發(fā)2PP技術。

△Manuel Luitz，UpNano 應用和材料開發(fā)團隊的高級成員。

高分辨率 2PP 3D 打印更廣泛應用的兩個主要限制是打印速度和必要光聚合的可用材料�，F(xiàn)在，曼努埃爾·路易斯 (Manuel Luitz) 在弗萊堡大學工藝技術實驗室 (NeptunLab) 工作期間，經(jīng)過數(shù)年的努力，顯著減少了這些限制。這項工作的結果已連續(xù)發(fā)表在三篇論文中，最新一篇論文題為“Fabrication of Embedded Microfluidic Chips with Single MicronResolution Using Two-Photon Lithography”，被發(fā)表在《先進材料技術》雜志上。

相關論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admt.202300667

△使用 NanoOne 2PP 3D 打印機的單微米嵌入式微流控芯片。

芯片通道清理

在這一最新進展中，Luitz 及其同事定義了使用 NanoOne 打印機的單微米嵌入式微流控芯片的開發(fā)方案。利用打印機的能力，研究團隊能夠打印出一個芯片，該芯片可以通過外界接口連接到壓力驅動泵。Manuel Luitz 說道：“這是微流控芯片制造領域的一項突破，因為高分辨率 3D 打印微流控芯片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、柱直徑為 30 μm、柱間距為 4 μm 的細胞分選芯片成為可能。因此，使用 NanoOne 可在不到 12 小時的合理時間范圍內打印具有厘米尺寸和微米分辨率的微流控芯片�！�

△首次使用 NanoOne 2PP 3D 打印機制作由鎢（碳化物）制成的微結構。ManuelLuitz 等人打印的聚合物結構（左），清理后的結構（中），碳化鎢結構（右）

鎢金屬

在此之前，Luitz 選擇NanoOne 打印機的原因是擴大2PP 3D 打印可用的材料范圍，他嘗試使用這種高分辨率增材制造工藝打印鎢和碳化鎢結構。這不是一件容易的事，因為這兩種材料都以其極高的硬度（莫氏硬度 9.0）和耐熱性（熔點 > 3,400 攝氏度）而聞名，這使得它們難以加工。然而，發(fā)射器尖端、探針、微型工具以及超材料或催化等應用對由鎢及其碳化物制成的高分辨率物體的需求很高。

Manuel Luitz 說道：“使用NanoOne 打印機，我們能夠設計基于含有鎢離子的有機-無機光樹脂的制造工藝。然后對聚合物部件進行熱脫脂和還原，留下最終分辨率為 2 μm 的鎢部件和分辨率為 7 μm 的碳化鎢部件�！�

△使用 NanoOne 2PP 3D 打印機生產的新型鉑微結構：鉑木樁結構（左）和放大圖（中）以及獨立式鉑納米柱（右）。

鉑金屬

Luitz在“微系統(tǒng)技術研究所-IMTEK”的NeptunLab中成功對鎢材料進行2PP 3D打印并非偶然，該團隊此前曾利用鉑材料取得了類似的結果，他們能夠生產獨立式納米柱以及分辨率為 300 nm 的復雜 3D 鉑微結構。這種小型結構將用于各種工程應用，包括超材料和催化，其中鉑的大表面積和物理化學性質是非常理想的。

UpNano 首席運營官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Denise Hirner 表示：“我們非常高興 Manuel加入我們不斷壯大的 UpNano 團隊，作為我們應用和材料開發(fā)團隊的高級成員，他將繼續(xù)突破 2PP 3D 打印技術的極限�！�