維爾紐斯大學(xué)發(fā)布先進(jìn)激光3D打印基礎(chǔ)指南，多光子3D光刻領(lǐng)域的首創(chuàng)之作

2025年4月23日，南極熊獲悉，據(jù)維爾紐斯大學(xué)（VU）報(bào)道，由曼吉爾達(dá)斯·馬利納烏斯卡斯（Mangirdas Malinauskas）教授領(lǐng)導(dǎo)的物理學(xué)院激光研究中心（LRC）科學(xué)家團(tuán)隊(duì)共同撰寫了一本關(guān)于先進(jìn)激光3D打印的基礎(chǔ)指南。

入門指南全面概述了多光子3D光刻技術(shù)，該技術(shù)利用激光在感光材料中創(chuàng)建納米級(jí)3D結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)為微光學(xué)、電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域開辟了新的可能性。

相關(guān)內(nèi)容以題為“Multiphoton 3D lithography”的論文發(fā)表在著名期刊《自然評(píng)論方法入門》（Nature Reviews Methods Primers）上，凸顯了立陶宛在高科技創(chuàng)新領(lǐng)域日益增強(qiáng)的影響力。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43586-025-00386-y

多光子3D光刻技術(shù)

多光子3D光刻（MP3DL）是一種中尺度增材制造技術(shù)（產(chǎn)品尺寸從納米到厘米級(jí)），利用受限的非線性光與物質(zhì)相互作用來生成3D結(jié)構(gòu)。利用超快脈沖激光誘導(dǎo)光交聯(lián)，可以快速光學(xué)3D打印各種材料，從純有機(jī)天然樹脂到完全無機(jī)的非晶態(tài)和晶體陶瓷。

△MP3DL的典型設(shè)置：該設(shè)置由一個(gè)超短脈沖激光源、功率控制（顯示三種可能的方法：可變中性密度濾光片（VNDF）；波片與偏振器的組合；以及聲光調(diào)制器的使用）、一個(gè)測(cè)量單元（功率計(jì)）、一個(gè)偏振控制單元、一個(gè)望遠(yuǎn)鏡、用于束光的物鏡、定位臺(tái)或伽伐尼掃描儀、樣品照明單元和一個(gè)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）相機(jī)組成。BS，光束分splitter；L，透鏡；M，鏡子；MP3DL，多光子3D光刻；NA，數(shù)值孔徑。

MP3DL可以直接寫入不受限制的真正自由形狀幾何體，特征尺寸可達(dá)100納米，物體尺寸可達(dá)毫米級(jí)。此外，光修飾深度（轉(zhuǎn)換程度）的劑量依賴性使其能夠?qū)崿F(xiàn)3D灰度和4D圖案化。隨著新型光源、特殊材料合成和新型曝光策略的不斷發(fā)展，該技術(shù)的吞吐量不斷提升。

△MP3DL的制造步驟。a，樣品準(zhǔn)備。這通常涉及將聚合物前驅(qū)體的液滴或薄膜放置在基材上。根據(jù)材料的不同，最終準(zhǔn)備可能需要后續(xù)加熱或真空以去除溶劑。b，通過掃描激光束或使用定位臺(tái)定位樣品來制造3D物體。展示了三種可能的制造方法：浸入法；使用浸油的基材；以及在一個(gè)槽中。對(duì)于浸入法，光刻膠作為浸入介質(zhì)，以保持折射率恒定。浸油的情況類似于標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡的安排。在槽中，使用浸油，但樹脂填充一個(gè)包含建筑平臺(tái)的槽，該平臺(tái)會(huì)移動(dòng)以使新材料能夠補(bǔ)充并延續(xù)制造過程。c，在稀釋劑中顯影。d，得到的自支撐3D結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以直接使用或通過涂層或其他后處理方法進(jìn)一步加工。MP3DL，多光子3D光刻；NA，數(shù)值孔徑；SEM，掃描電子顯微鏡。

馬利納烏斯卡斯教授表示：“我們的入門指南是多光子3D光刻領(lǐng)域的首創(chuàng)之作。它系統(tǒng)地解釋了這項(xiàng)技術(shù)背后的所有原理，并揭示了原創(chuàng)研究論文中經(jīng)常被忽視的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。對(duì)于剛接觸這一領(lǐng)域的新手來說，掌握海量信息非常困難，如果他們想在自己的實(shí)驗(yàn)室中重復(fù)這項(xiàng)研究，幾乎不可能從已發(fā)表的科學(xué)文獻(xiàn)中收集到所有必要的信息�！�

這項(xiàng)指南旨在為研究人員提供實(shí)踐和理論路線圖，涵蓋從實(shí)驗(yàn)室設(shè)置到優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)備的方方面面。這是該領(lǐng)域的一個(gè)里程碑，代表著眾多來自不同機(jī)構(gòu)的頂尖專家首次攜手合作，統(tǒng)一對(duì)這項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)的理解。

馬利納烏斯卡斯表示：“這本指南標(biāo)志著來自不同科學(xué)陣營(yíng)、甚至常常相互競(jìng)爭(zhēng)的專家首次攜手合作，共同呈現(xiàn)一種統(tǒng)一且連貫的方法來闡述這項(xiàng)技術(shù)的物理原理和應(yīng)用。對(duì)讀者而言，這意味著一個(gè)可靠且普遍接受的知識(shí)來源，而非僅僅依靠主觀意見。以前，似乎每個(gè)研究人員或公司都有自己的一套理論。現(xiàn)在，我們有了一本統(tǒng)一的手冊(cè)，其中的答案不再相互矛盾，而是相互補(bǔ)充�！�

LRC團(tuán)隊(duì)在多光子光刻領(lǐng)域的影響力由來已久。“我們從一開始就獨(dú)具匠心，因?yàn)槲覀兪褂玫氖橇⑻胀鸺す馄靼l(fā)射的綠光，而其他大多數(shù)研究人員使用的是紅外激光器，”馬利納烏斯卡斯說道�！半S著時(shí)間的推移，我們的貢獻(xiàn)逐漸顯現(xiàn)，并產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，因此我受《自然》雜志邀請(qǐng)編寫這本指南，并組建了一個(gè)國(guó)際專家團(tuán)隊(duì)�！�

指南背后的團(tuán)隊(duì)包括該領(lǐng)域一些最受尊敬的人物，如雙光子聚合領(lǐng)域的先驅(qū) ShojiMaruo 教授（日本橫濱國(guó)立大學(xué)）；擁有數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)的 Georg von Freymann 教授（德國(guó)凱澤斯勞滕-蘭道大學(xué)）；以及材料工程領(lǐng)域的權(quán)威 Julia Greer 教授（美國(guó)加州理工學(xué)院）。

立陶宛的代表是 Malinauskas 教授、Edvinas Skliutas 博士（畢業(yè)于自由大學(xué)物理學(xué)院）和 GretaMerkininkaitė 博士繼續(xù)與 Malinauskas 教授合作，在自由大學(xué)先進(jìn)光技術(shù)卓越中心開展研究。

自由大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)目前正在利用多光子光刻技術(shù)開發(fā)用于無機(jī)3D打印的新材料。這些材料超越了傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)，并正在推動(dòng)微光學(xué)和生物醫(yī)學(xué)支架領(lǐng)域的創(chuàng)新。立陶宛的科技公司已經(jīng)采用并改進(jìn)了所需的硬件和軟件，而學(xué)術(shù)研究人員也正在使用這些系統(tǒng)——這是科學(xué)與產(chǎn)業(yè)成功合作的典范。

立陶宛在全球多光子光刻領(lǐng)域的地位持續(xù)提升。兩位博士后研究員——德國(guó)的GordonZyla博士和希臘的Dimitra Ladika博士——最近加入了團(tuán)隊(duì)。荷蘭特溫特大學(xué)的Arturo Susarrey-Arce教授也有望在指南發(fā)布的鼓舞下很快訪問維爾紐斯。這些進(jìn)展凸顯了立陶宛正逐漸成為該領(lǐng)域重要的國(guó)際樞紐。

維爾紐斯大學(xué)的學(xué)生也將受益于這一發(fā)展勢(shì)頭。從本科到博士，各個(gè)層次的學(xué)生都可以參加多光子3D光刻技術(shù)課程和實(shí)驗(yàn)課，獲得當(dāng)今最先進(jìn)技術(shù)之一的實(shí)踐培訓(xùn)。