NanoScribe,探索納米3D打印商業價值
“ 人們或許對2015年10月習主席獲贈的英國帝國理工學院的中國長城模型記憶猶新,它的真實規模是真實長城的百萬分之一,這是一段只有100微米長的中國長城。這項技術是由Hamlyn中心醫療機器人部的研究人員開發的,是由NanoScribe公司的Photonic Professional GT 3D打印機打印出來的。
如此產品送主席,其寓意僅僅是納米級打印的難度?還是納米打印更大的商業價值?
未來學家Christopher Barnatt曾提到NanoScribe的潛在影響力是驚人的,未來有可能成為主流的3D打印形式,本期3D科學谷特與您一起探索NanoScribe遠在長城之外的商業價值…”
納米打印技術-潛在的影響力
NanoScribe的技術三維激光直寫系統通過超短的激光脈沖曝光,預先勾勒出三維立體微納米結構的輪廓;再經過顯影程序,最終獲得可自行支撐的立體結構固著于襯底材料上。類似于光固化快速成型技術,是一種“納米光學”3D打印法,這種基于選擇性固化液體物質的3D打印技術是雙光子聚合技術,通過實用“飛秒脈沖激光”選擇性逐層固化感光性樹脂,打印機分辨率達到0.0001毫米,打印出來的東西比細菌還小。
NanoScribe技術潛在的應用范圍和影響力是相當驚人的。其應用領域包括:
光子學 (Photonics):光子晶體、超穎材料、激光分布回饋術(DFB Lasers) 光子共振環、繞射光學
微光子學 (Micro Optics):微光學器件、整合型光學
微流道技術 (Micro Fluidics):生醫芯片系統、物質研究開發與分析、三維基礎結構 與 微流道通路
生命科學 (Life Sciences):細胞外數組結構、干細胞分離術、細胞成長研究、細胞遷移研究,組織工程
納米與微米工藝 (Nano- and Microtechnology):超細分辨率光學掩膜、壁虎與蓮花效應分析
NanoScribe的技術不但可以制造游泳microbots,精確高效地將藥物送至到身體的目標區域,而且可以制作極小的手術工具成為顯微外科手術所需的納米工具。在科研上的潛力價值體現在,醫生可以精確的將癌癥治療藥物送至目標位置而不再需要大范圍用藥。另外,由于尺寸微小,這種納米工具還能幫助醫生完成極其復雜的眼部手術而無需擔心會對眼鏡造成傷害。
細胞生物學
NanoScribe技術還可以打印支架,將來或許可以幫助人體組織再生,從而促使自然組織生長:
使用NanoScribe 3D光刻系統構建三維的生物支架(左圖中白色的柱狀結構),能夠控制直接從雞的身上分離出來的成纖維細胞(專業術語稱之為原代成纖維細胞)的生長形狀。右圖中的4個紅點,是一種有機大分子的聚合物組成的基質。圖中每4個紅點構成一個方糖形狀的單元格。成纖維細胞在粘附在方糖形狀的單元格上,即可以成長為同樣的方糖結構,從而實現控制細胞形狀的目的。通過控制細胞學形狀及細胞之間的連接進而實現更接近基體內的細胞學功能。右圖中的綠色部分就是已經成長為方糖形狀的細胞。
用常規培養方式培養的細胞,其形態和功能與人體內的細胞并不完全相同。而用使用生物3D打印技術,可以讓細胞按照預先的設計的形狀和細胞之間的聯系生長,更貼近人體的真實情況,從而達到模擬人體組織和器官的目的。無論是人造血管、軟骨組織,還是肝臟組織、腎臟組織,其核心是特定類型細胞的分離(或定向誘導)及大規模擴增。從這個意義上講,3D打印人體組織和器官的發展很大大程度上取決于生物技術的發展。
組織工程學
雙光子聚合技術在骨小梁重建組織工程學上的應用:
雙光子聚合技術在三維仿生結構方面的研究探索,或將在組織工程和再生醫學領域獲得商業化應用。
光子-光半導體和材料
在當今的通信技術中,光子已成為信息的主要載體。在過去的幾十年里,如光子晶體和超材料的概念已經打開了一個全新的材料類別。塑造光的流動以及控制光子的動態是光子研究的兩個關鍵問題。納米結構材料的性能是這項研究活動的重心。
鑄造-PDMS結構復制
NanoScribe光子專業級GT打印機是復制拓撲結構表面的理想工具。一旦復制設計的要求得到滿足,大面積的2.5D聚合物打印結構可以在不同的材料被轉載。下面的SEM照片顯示典型的工作流程:
光子線鍵-芯片互連
長紅外通信低損耗波達到1.55um,允許數據傳輸率超過5 Tbit / s的技術方法是光學互連的突破。
超材料-機械微晶結構
NanoScribe打印出的微晶結構已經被證明,在許多研究領域,包括微波頻率電動力學,光學,靜電傳導、聲學、流體動力學、熱力學和準二維固體力學可以用做機械超材料,微觀上調節機械性能。
微桁架
輕如水,堅如鋼鐵的微桁架結構:
力學性能超過1000kg/立方米的陶瓷聚合物結構,是名副其實的超材料。
微流控芯片
NanoScribe納米級的打印精度帶來流體控制學上的飛躍,包括泵體系統內的導流塊,過濾微裝置,以及其他微晶結構等。
微型磁螺旋
這帶來了生物醫學領域研究的樂趣,利用3D打印的微型磁螺旋做為“搬運工”來運送和釋放材料。
微光學-2.5D表面
圖案、斜坡或球形等形狀可以自由選擇,甚至沿一個簡單可靠的工作流實現自由曲面是可能的。
透射相位光柵用于彩色濾光片
NanoScribe不僅可以大量生產光學制品,實現高分辨率的空間模式,也可以直接集成到微型光學器件。
衍射光學元件
在打擊假冒偽劣的市場,光學衍射被用來做為鑒別真偽的技術,NanoScribe的精密線打印技術使得在一個光刻步驟中完成衍射彩色打印或衍射光學元件的制作。
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