德國(guó)弗萊堡大學(xué)海王星實(shí)驗(yàn)室（NeptunLab）的科學(xué)家們發(fā)表了一系列引人注目的論文，將雙光子聚合（2PP）三維打印的潛力推向了新的高度。該團(tuán)隊(duì)在2021年展示了以驚人的亞微米分辨率打印復(fù)雜鉑金三維微結(jié)構(gòu)的能力后，今年又以前所未有的速度成功打印出類(lèi)似的鎢結(jié)構(gòu)以及單微米分辨率的嵌入式微流體芯片。在這三篇論文中，首席科學(xué)家曼努埃爾-盧茨（Manuel Luitz）都使用了UpNano GmbH公司的NanoOne 2PP 3D打印機(jī)。同時(shí)，UpNano 公司在成功聘用 Luitz 之后，將繼續(xù)開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。

要更廣泛地應(yīng)用高分辨率 2PP 三維打印技術(shù)，有兩個(gè)主要限制因素，一是打印速度，二是用于必要光聚合的可用材料。現(xiàn)在，Manuel Luitz 在弗萊堡大學(xué)工藝技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（NeptunLab）工作期間，通過(guò)數(shù)年的努力，大大減少了這些限制。這項(xiàng)工作的成果已連續(xù)發(fā)表在三篇論文中，最新的一篇發(fā)表在《先進(jìn)材料技術(shù)》（Advanced Materials Technology）上。

芯片通道清潔

在這一最新進(jìn)展中，Luitz 及其同事利用 NanoOne 打印機(jī)確定了單微米嵌入式微流體芯片的開(kāi)發(fā)方案。利用打印機(jī)的動(dòng)力，研究小組能夠打印出一種芯片，這種芯片可以通過(guò)芯片到世界的接口連接到壓力驅(qū)動(dòng)泵上。"這是微流控芯片制造領(lǐng)域的一個(gè)突破，因?yàn)楦叻直媛嗜S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。曼努埃爾-路易斯（Manuel Luitz）說(shuō)："這使得我們能夠制造出通道長(zhǎng)度達(dá)20厘米的蜿蜒芯片、液滴發(fā)生器芯片和基于確定性橫向位移的細(xì)胞分揀芯片，其柱直徑為30微米，柱間距為4微米。"因此，使用 NanoOne 可以在不到 12 小時(shí)的合理時(shí)間內(nèi)打印出厘米級(jí)尺寸和微米級(jí)分辨率的微流控芯片。

用 NanoOne 2PP 3D 打印機(jī)首次打印出鎢（碳化鎢）微結(jié)構(gòu)。打印出的聚合物（左圖）由 Manuel Luitz 等人（中圖）進(jìn)行分層，并還原成碳化鎢（右圖）。

鎢

在此之前，Luitz 將 NanoOne 打印機(jī)用于一個(gè)非常不同的目的--這將極大地?cái)U(kuò)展使用 2PP 進(jìn)行 3D 打印的材料范圍。他 "馴服 "了鎢和碳化鎢，用于這種高分辨率增材制造工藝。這并非易事，因?yàn)檫@兩種材料都以極高的硬度（莫氏硬度 9.0）和耐熱性（熔點(diǎn)大于 3400 攝氏度）而聞名，因此很難加工。然而，用鎢及其碳化物制成的高分辨率物體在發(fā)射器尖端、探針、微型工具以及超材料或催化等應(yīng)用中需求量很大。

利用 NanoOne 打印機(jī)，我們能夠設(shè)計(jì)出一種基于含有鎢離子的有機(jī)-無(wú)機(jī)光刻膠的制造工藝。然后對(duì)聚合物部件進(jìn)行熱脫脂和還原，最后得到分辨率為 2 μm 的鎢部件和分辨率為 7 μm 的碳化鎢部件，"Manuel Luitz 說(shuō)。

使用 NanoOne 2PP 三維打印機(jī)制作的新型鉑金微結(jié)構(gòu)。鉑木樁結(jié)構(gòu)（左圖）和放大圖（中圖）以及獨(dú)立的鉑納米柱（右圖）由 Manuel Luitz 等人打印而成。

鉑金

Luitz 在 "Institut für Mikrosystemtechnik - IMTEK "的海王星實(shí)驗(yàn)室成功地 "馴服 "了用于 2PP 三維打印的鎢，這并不是突發(fā)奇想。該團(tuán)隊(duì)之前在鉑方面也取得了類(lèi)似的成果，他們能夠制造出獨(dú)立的納米柱以及分辨率為 300 納米的復(fù)雜三維鉑微結(jié)構(gòu)。這種小型結(jié)構(gòu)將用于各種工程應(yīng)用，包括超材料和催化，在這些應(yīng)用中，鉑的大表面積和物理化學(xué)特性是非常理想的。

"UpNano公司首席運(yùn)營(yíng)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Denise Hirner表示："我們非常高興Manuel能加入我們不斷壯大的UpNano團(tuán)隊(duì)，""作為我們應(yīng)用和材料開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的高級(jí)成員，他將繼續(xù)推動(dòng)2PP 3D打印技術(shù)的發(fā)展。