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俄科学家开发基于纳米颗粒高分辨率激光3D打印|od体育官方网站

发布时间:2021-09-19 丨 浏览次数:754

本文摘要:双光子光刻是一种3D打印机方法,与大多数激光3D打印机技术有所不同,3D激光打印机技术的分辨率不受3D打印机激光点的大小容许,双光子单体技术可将打印机分辨率提升到难以置信的精度。

双光子光刻是一种3D打印机方法,与大多数激光3D打印机技术有所不同,3D激光打印机技术的分辨率不受3D打印机激光点的大小容许,双光子单体技术可将打印机分辨率提升到难以置信的精度。对于医学研究领域,即用作药物运送、的组织再造、化学和材料制备的应用于而言,这项技术有一点深入研究。不过在双光子光刻法术中,飞秒激光用作准确烧结树脂。不仅点到点过程耗时,而且激光器工作在高强度下,有可能会损毁材料,而且仪器便宜。

先前美国LLNL的研究人员在2018年1月宣告寻找了一种改良双光子单体(TPL)的方法,双光子单体是一种纳米级3D打印机技术,LLNL将双光子单体3D打印机技术开发到可以顾及微观精度同时又符合较小的外型尺寸的水平。无独有偶,来自俄罗斯的科学家也在大力的推展双光子光刻技术的研究。

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在莫斯科俄罗斯科学院(RAS)的一个研究小组领导下的一项研究中,研究人员近日宣告,他们探寻了一种“空前有效地”的高分辨率3D打印机方法,可以避免与现有技术涉及的一些缺点。RAS高分辨率3D打印机方法基于槽式单体技术,RAS技术也用于将近红外光,但强度较低。为了充份利用光的创造力并避免飞秒激光器的一些缺点,科学家们在材料的配方上做到了新的文章。制备UCNPs的密切相关(a)SEM和(b)β-NaYF4:Yb3+,Tm3+/NaYF4核/壳纳米颗粒的高角度环形暗场(HAADF)扫瞄TEM图像。

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(c)用强度为3.5,7和11Wcm-2的975nm激光太阳光的乙醚中的UCNPs的光谱。(d)用于校准的积分球设置测量的UCNP的分数切换效率与975nm处的唤起强度之间的关系。饱和度超过?20Wcm-2。五品红线是作为眼睛的一行获取的。

上切换纳米颗粒(UCNP)由两个或更加多个光子构成,这些光子融合在一起并在曝露于光源时可以升空更加多能量。在RAS研究中,科学家们将上切换纳米颗粒(UCNP)加到到光固化树脂混合物中。上切换的应用于集中于在生物光学领域,根据生物光学领域的定义,上切换是所指把两个或多个较低能量泵浦光子切换为一个高能量输入光子的非线性光学过程。最先找到于上世纪六十年代中期,因量子产率极低且当时没高能激发光源未引发留意,之后随着激光器的普遍用于而沦为研究的一个焦点。

在生物光学领域,上转化成纳米颗粒的成分是无机基质以及稀土掺入离子。掺入离子则还包括闪烁中心以及敏化剂。

在NIR近红外光的太阳光下,上切换纳米颗粒(UCNP)吸取将近红外光,升空UV光,从而以体素的三维精度来烧结树脂。(a)光致引起剂Irgacure368和DarocureTPO在乙腈37中的吸收光谱与在强度为15Wcm-2的975nmNIR唤起下的UCNPsβ-NaYF4:Yb3+,Tm3+/NaYF4的发射光谱重合(灰色峰)。(b)在15Wcm-2强度的CWNIR光照下,在所含用UCNP风干的光敏树脂的10mm×10mm比色杯中构成发光体素。

该过程的顺利在于高分辨率的3D打印机过程是通过用于比较较低强度的近红外光源已完成的。光聚合作用也可以再次发生在树脂槽内更加深处,这使得使该技术具备在生物的组织内展开3D打印机的潜力。(a)在NIR太阳光下所含UCNPs的PCC中生产3D聚合物结构的实验装置和(b)其方案。(c)由NIR引起的3D光单体产生的结构的顶视图图像,(d)在底片后通过NIR启动时的光单体取得的3D结构和(e)在975nm唤起下的其鼓吹斯托克斯闪烁。

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根据百度百科,上切换闪烁,即:反-斯托克斯闪烁(Anti-Stokes),由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律指出材料不能受到高能量的光唤起,收到较低能量的光,换句话说,就是波长较短的频率低的唤起出波长长的频率较低的光。比如紫外线唤起收到红外线,或者蓝光唤起出有黄色光,或者红外线唤起出有红外线。

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但是后来人们找到,只不过有些材料可以构建与上述定律正好忽略的闪烁效果,于是称之为其为鼓吹斯托克斯闪烁,又称上切换闪烁。所含浓度为0.15mg/ml的UCNPs的光敏人组物中构成聚合物微珠,其浓度高于阈值据RAS研究的合着者KirillKhaydukov,这个技术可以用作生物医学领域,还包括的组织工程,并且用作以聚合物材料替代器官和的组织的损毁部位的应用领域。

常规双光子光刻技术用于厚载玻片、透镜以及浸镜油辅助激光展开增材生产,使激光在必须烧结的方位点展开探讨。双光子光刻技术与其他增材生产技术的区别在于其加工分辨率更高,该技术可以产生不具备更加小特征的激光点,所以其加工分辨率是其他增材生产技术所无法比拟的。

该技术回避了其他增材生产技术所面对的散射无限大难题,与一般增材生产技术所使用的仅有吸取一个光子即再次发生烧结反应的光敏材料有所不同,该技术使用的光敏材料必须同时吸取两个光子才需要烧结成形(这曾是商业秘密)。但双光子光刻技术为自下而上建构结构,由于载玻片和透镜之间的距离一般来说大于200微米,最后成形结构的仅次于尺寸有限。

LLNL的研究人员将光敏材料必要置放透镜上并利用光敏材料使激光探讨,从而生产出有几毫米低的结构。由于激光在穿越光敏抗蚀剂材料时会再次发生反射,解决问题这一难题的关键在于“折射率给定”方法,针对双光子光刻技术优化了光敏材料,将光敏材料的折射率与透镜增生介质(浸镜油)的折射率相匹配,通过用于经过折射率给定的光敏材料,可使激光可以畅通无阻地通过,从而中止传统双光子光刻技术对成形构件仅次于尺寸的容许。“折射率给定”方法的应用于使得使用增材生产技术生产不具备100纳米结构特征的较小尺寸零件沦为有可能。

而俄罗斯的这项技术中所用到的上切换纳米颗粒,国内有上硅所施剑林两组,复旦李富友两组,长春应化所林君两组,曲小刚组,北大严纯华两组,清华李亚栋,福构所的陈学元,新加坡刘小刚,澳大利亚的金大勇等华人在展开上切换纳米颗粒的研究工作。虽然以目前所掌控的资料,我们还无法理解美国LLNL国家实验室与俄罗斯RAS科学院的技术孰低孰较低,但是有一点是明晰的,那就是双光子烧结技术又往前迈向了一大步。在国内专门从事双光子单体技术研究的代表机构是清华大学深圳研究生院。打印机中,飞秒激光器产生双光子激光,经过光路电源、波动片、扩束镜、反射镜和物镜将激光探讨,来使光敏树脂交联。

而在国际上,还包括德国的Nanoscribe和维也纳技术大学是最先展开双光子单体技术开发的企业和机构。而英国帝国理工学院还通过德国Nanoscribe的设备打印机出有只有100微米宽的中国长城模型赠送给精研主席。由于在微电子、光电子电路、再造医学等众多领域具有潜在的应用于前景,双光子单体技术被未来学家ChristopherBarnatt指出是未来可能会沦为主流的3D打印机形式,其潜在的应用于范围和影响力是非常难以置信的。


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