双光子灰度光刻微纳加工技术全领域应用速递4

2024-07-12402

现有的磁性微型夹持器通常需要复杂的制造工艺和额外的刺激，且仅适用于尺寸大于 0.3 毫米的目标。为了解决这个问题，研究团队提出了一种仅依靠磁场就能完成捕获、释放和运输任务的微型机器人，并且可以通过直接雷射书写技术进行量产。香港城市大学的孙东教授及其团队在IEEE/ASME Transactions on Mechatronics上发表了相关文章，设计了一种多功能微型机器人，用于在封闭环境中主动选择和运输目标。这种微型机器人有望在晶片上微粒操纵、活检和辅助生殖等领域发挥重要作用。该微型机器人由两个部分磁化的爪组成，通过壁面黏附和摩擦实现磁化爪和非磁化爪之间的相对运动。这种设计避免了复杂的程式化磁化，并采用一步式的 3D 激光直写制造方法，使用 Nanoscribe Photonic Professional GT 系统和 IP-S 光刻胶，无需进一步组装。

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https://ieeexplore.ieee.org/document/10350001

受大自然中有效防污机制的启发，研究人员开始关注仿生表面。这些表面具有纳米和微观形貌特征，旨在模仿自然界中发现的防污机制，从而阻止或减少有害生物的附着。爱尔兰都柏林城市大学水资源研究所的 Fiona Regan 团队在Science of The Total Environment上发表了相关论文，他们进行了一项研究，探索了仿生表面在开发新型防污解决方案方面的应用。海洋生物污损会对船舶、海洋设备和基础设施产生负面影响，增加燃料消耗、维护成本，甚至可能造成损害。为解决这个问题，人们探索了各种防污方法，包括使用有毒涂料和物理屏障，但这些方法往往存在环境影响和有效性方面的局限。

课题组研究了受角鱼鱼鳞启发的仿生微纹理的防污性能。这些微纹理是利用 Nanoscribe PPGT 双光子3D 打印系统和负性光刻胶 IP-S制造的，并根据其作为防污解决方案的潜力进行了评估。该研究探讨了微污损生物，特别是两种常见污损硅藻——Amphora coffeaeformis 和 Nitzschia ovalis 在静态实验室条件下的附着行为。将这些机制与理论模型进行比较，以指导未来防污材料的设计。

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https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.169348

轨道角动量（OAM）光束具有螺旋状的波前，携带OAM，这种特性在光学领域有着广泛的应用。由于不同OAM模式之间的正交性，OAM为增加光通信容量提供了一个新的自由度，因此OAM通信技术受到了广泛关注。然而，现有的OAM解复用技术存在一些问题。例如，基于螺旋相位板、干涉图、空间光调制器等传统方法需要庞大且笨重的光学元件，限制了OAM解复用器件的小型化和高效率。虽然超表面技术提供了一种紧凑的解决方案，但其应用仅限于自由空间模式复用。光纤技术因其小型化和低损耗的优势而备受关注，但光纤中OAM解复用通信技术的发展面临挑战。例如，全光纤涡旋光束生成器通常依赖于光纤内部复杂的微结构调制，不适合大规模实际应用。

深圳大学的Yanning Men所在团队发表了相关论文，设计了一种全光纤OAM集成解复用器件，将混合菲涅尔透镜集成在少模光纤端面上。本文提出的混合菲涅尔透镜结合了角向透镜和径向透镜，并利用Nanoscribe基于双光子聚合原理的3D微纳加工系统和IP-Dip光刻胶通过激光直写技术直接3D打印在光纤端面上，实现了与光纤的无缝集成。这种集成方式不仅紧凑，而且降低了插入损耗。研究人员通过实验验证了该透镜的解复用能力。

实验结果表明，该透镜成功实现了-3到+3阶拓扑电荷的OAM光束的解复用，解复用效率超过53%。通过适当调整焦平面位置，该透镜还可以在覆盖C+L+S波段的波长范围内实现令人满意的解复用效果。

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https://ieeexplore.ieee.org/document/10356636

为了解决现有平面 MEA 在研究复杂 3D 神经组织时的局限性，研究人员结合了双光子聚合 (2PP) 3D 打印、薄膜技术和自对准模板辅助电化学沉积工艺，制造出一种新型的 3D MEA。这种 MEA 具有设计灵活性和物理鲁棒性，可以在刚性或柔性基板上制造。

德国于利希研究中心生物信息处理研究所 (IBI-3) 的 A. Offenh?usser 团队在 ADVANCED SCIENCE 上发表了相关论文，提出了一种新型的3D 微电极阵列 (MEA) 技术，用于在体外和体内记录神经元组织的电生理活动。该方法包括三个主要步骤：首先，通过传统光刻或无掩模光刻工艺制造刚性或柔性平面 MEA。然后，使用Nanoscribe GmbH开发的生物相容性光刻胶IP-L 780，通过双光子聚合3D打印系统在平面 MEA 的电极位置打印中空聚合物柱。最后，通过电化学沉积将导电材料（如金）填充到聚合物柱中，并在顶部沉积 PEDOT:PSS 电极涂层帽，以提高电化学性能并增加电极表面积。

这种方法具有高度可定制性，可以根据不同的实验需求调整 MEA 的设计和材料。此外，通过优化沉积工艺参数，可以精确控制 3D 微电极的几何形状和表面形态。

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https://doi.org/10.1002/advs.202305944

微藻作为一种可再生资源具有显著的优势，因为它们在培养过程中能够固定二氧化碳、具有快速的生长速度以及能生产相关代谢物。特别是，一些微藻能够在高浓度下积累脂类，尤其是甘油三酯，这些可以用作制造燃料等高价值材料的原料。然而，尽管微藻具有巨大的潜力，但它们在其他领域仍然未被充分探索，如增材制造。

海德堡大学的Eva Blasco及其团队在Materials Science上发表了相关论文，首次展示了利用微藻作为可再生资源进行3D打印。与现有3D打印配方不同，这项新方法的关键在于利用微藻提取物中天然存在的叶绿素作为光引发系统，避免了添加非生物基和有毒的光引发剂。这一创新不仅提高了3D打印材料的可持续性，还拓宽了其在生物医学领域的应用前景。

研究人员使用Nanoscribe Photonic Professional GT2双光子聚合3D微纳加工系统，成功打印出具有亚微米级分辨率的复杂3D微结构。这些结构展示了微藻基墨水的多功能性，能够打印出具有不同悬垂结构的复杂几何形状，例如小船、镂空富勒烯球和多孔螺旋结构。

此外，通过在打印的正方形支架上培养大鼠胚胎成纤维细胞，并进行细胞活力研究，证实了打印材料对细胞具有良好生物相容性。这一发现为微藻基材料在生物相容性植入物和无毒细胞支架等生命科学领域的应用开辟了新的可能性。