勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員已經(jīng)找到了一種改進雙光子光刻（TPL）的方法，這是一種納米級3D打印技術(shù)。 這項研究可以幫助醫(yī)生進行X射線CT掃描，分析人體內(nèi)的3D打印植入物。

與大多數(shù)激光3D打印技術(shù)不同，3D激光打印技術(shù)的分辨率受3D打印機激光點的大小限制，雙光子光刻技術(shù)可將打印分辨率降至最低。這是因為TPL（通常涉及使用載玻片，透鏡和浸沒油）使用光致抗蝕劑材料，其同時吸收兩個光子而不是一個光子。

LLNL的研究人員最近通過對3D打印過程中使用的抗蝕劑材料進行了一些重要的發(fā)現(xiàn)，找到了大幅度拓寬TPL功能的方法。他們的發(fā)現(xiàn)是將整個過程顛倒過來 - 將抗蝕劑材料直接應(yīng)用到鏡頭上，并將3D打印機的激光器通過抗蝕劑進行對焦，可以打印出尺寸小于150納米但高度仍為幾毫米的三維微結(jié)構(gòu)。

合作者James Oakdale說：“在本文中，我們解開了在雙光子光刻系統(tǒng)上定制材料而不會失去分辨率的秘密。”LLNL研究員James Oakdale說。

但這只是LLNL團隊令人興奮的研究項目的開始。研究人員還發(fā)現(xiàn)，除了通過翻轉(zhuǎn)部分3D打印系統(tǒng)大幅提高TPL的分辨率之外，他們還可以將3D打印過程中使用的光敏聚合物抗蝕劑的衰減提高10倍以上，增加（或減少）抗蝕劑能夠吸收的X射線。

這是通過“折射率匹配”使得抗蝕劑材料的折射率與透鏡的浸入介質(zhì)匹配成為可能，從而允許3D打印機的激光以最小的干擾通過。通過部署這種指數(shù)匹配技術(shù)，LLNL團隊表示，TPL最終可用于3D打印更大的部件，功能小至100納米。

由于科學(xué)家們一直在尋找3D打印部件的方法，而且分辨率非常好，但尺寸仍然足夠大，所以功能性的增加，這對于TPL的拓展范圍可能會有很大的實際意義。

該論文的第一作者Sourabh Saha說：“大多數(shù)希望使用雙光子光刻技術(shù)印刷功能三維結(jié)構(gòu)的研究人員需要高于100微米的部件。 “通過這些索引匹配的抗蝕劑，您可以打印高度符合您要求的結(jié)構(gòu)?！?/span>

Saha承認，唯一的限制就是TPL流程的速度。但是現(xiàn)在研究人員已經(jīng)掌握了如何修改和改進這個過程，他們有信心能夠“診斷和改進”這個過程。

對于LLNL研究人員新調(diào)整抗蝕劑X射線吸收能力的另一個重要的連鎖效應(yīng)。通過制作吸收更多X射線的3D打印物體，研究人員理論上可以制作3D打印身體植入物，使用外部X射線CT掃描儀或其他成像設(shè)備可以更容易地檢查3D打印身體植入物。

由于3D打印植入物的調(diào)諧特性使其對CT掃描儀高度可見，因此醫(yī)生不需要移除這種植入物以查看是否具有例如內(nèi)部缺陷。

這些可調(diào)諧材料也有藥用之外的用途。研究人員說，優(yōu)化的TPL過程可用于建立（然后檢查）國家點火設(shè)施的目標的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，LLNL的大型激光慣性約束聚變（ICF）研究設(shè)備，用于實現(xiàn)聚變點火。

該過程的其他用途可以包括光學(xué)和機械超材料和3D印刷電化學(xué)電池的3D打印。

但是，現(xiàn)在的重點是通過并行化來加快打印過程，最終實現(xiàn)更小的功能和更高的功能。研究人員相信3D打印過程將有一天會被用來生產(chǎn)關(guān)鍵部件。

薩哈說：“這是我們解決的難題中的一小部分，但是我們現(xiàn)在更有信心開始在這個領(lǐng)域上演?！?“我們在越來越大的結(jié)構(gòu)中推動越來越小的功能正在使我們更接近世界其他地方正在進行的科學(xué)研究的前沿。而在應(yīng)用方面，我們正在開發(fā)新的實用印刷方式?！?/span>

“應(yīng)用材料與接口”（ACS Applied Materials＆Interfaces）雜志發(fā)表的研究成果“雙光子光刻的不透射線抗蝕劑能夠通過X射線計算機斷層掃描技術(shù)實現(xiàn)聚合物部件的亞微米三維成像”。

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