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CA88高精度微纳3D打印技术

       在IC芯片、生物芯片工程、微纳职能资料的钻研和利用中  ,光刻技术表演了不成或缺的角色。利用微纳光刻技术与增材造作的道理  ,开发的微结构3D打印技术是一项前瞻性、战术性技术。由于其工程利用性强  ,领域跨度大  ,对将来先进造作业  ,尤其是高端造作、职能器件的发展极度沉要。然而  ,已有的3D打印技术在打印精度、幅面上仍难以满足高精度器件的钻研与利用需要。例如  ,针对生物利用领域  ,3D 打印技术仍未有效解决打印尺寸与打印精度不能两全的难题。

 

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1为打印用于组织工程领域实现载体支架打印。3D打印技术为生物科学钻研和医疗诊断步骤提供了新的可能性  ,然而3D打印技术在生物领域的利用也面对不少局限性  ,重要表此刻打印精度和打印幅面无法满足利用要求。

 

       一方面  ,基于超快激光的双光子效应的立体造型技术  ,可实现幼到0.1 μm的3D结构打印  ,然而  ,由于其单束串行打印模式  ,工作效能极低  ,幅面。ㄊ傥⒚祝  ,达不到高精度生物芯片的研造的要求。另一方面  ,基于紫光投影的光固化立体造型技术  ,受限于现有浸没型打印模式、光学投影系统分辨率与数据处置的影响  ,打印的横向精度(特点尺寸)大于60微米的结构  ,难以满足生物芯对微幼结构、较大面积的造作要求(参考文件1)。因而  ,高精度微纳3D打印系统虽有很大市场需要  ,却一向是未能攻克的难题。

       CA88研发团队利用在大面积微纳直写设备、大数据图形设计与处置、R2R纳米压印技术的研造与利用方面的持久技术堆集  ,将微纳光刻光路系统利用于3D打印的光学结构中  ,将3D打印系统的横向打印精度提高了一个数量级。

       分歧于以往立体光固化(SLA) 3D打印机  ,被打印物体均是浸没在胶槽中  ,纵向打印精杜咨光斑聚焦深度决定的步骤(拜见图2  ,参考文件1)  ,横向与纵向打印分辨率都低。

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图2 传统SLA 3D打印模式示意图

       团队发了然“涂层-曝光-分离”的新的打印模式  ,获得了更高的纵向(分层)打印精度。 团队开发的逐层涂布  ,逐层打印微结构的光固化分离的新型SLA 3D打印技术  ,使3D物体纵向打印精度显著提高。攻克了以往SLA 3D打印机  ,后继打印层过程对已打印层有较大影响的共性难题。研造的“微纳3D打印系统Multi-μ 3D Printer”  ,可打印极高精度的微3D结构。横向精度(特点结构)5μm-25μm(投影分辨率1微米)  ,纵向精度(层厚)2μm-20μm。3D打印的测试了局如下图3:

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横向结构测试:锥状顶5微米  ,底50微米  ,高150微米

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层厚测试:最幼层厚2微米

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空心柱测试:壁25微米  ,高180微米。侧壁光滑清澈  ,共焦显微镜拍摄

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空心柱开孔测试:孔边长50微米 ;渐变3D打印样品(右)SEM照片

3 微纳3D打印的测试样品

 

       上述高精度3D打印机将是微纳3D打印系统之一。结合微纳压印/转印技术  ,微纳3D打印系统Multi-μ 3D Printer  ,有望在生物芯片、传感器、MEMS器件造备等方面阐扬沉要作用。

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4 高精度微纳3D打印系统:Multi-μ 3D Printer照片

 

       如用于细胞检测的深邃宽比的微柱阵列等各类生物芯片(下图)和通常步骤不成能实现的微纳结构的3D打印。

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图5 生物芯片结构示意图

参考文件:

  1. 3D printed microfluidic devices: enablers and barriers, http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/lc/c6lc00284f

  2. T. Billiet, M. Vandenhaute, J. Schelfhout, S. Van Vlierberghe and P. Dubruel, Biomaterials, 2012, 33, 6020–6041

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