維爾紐斯大學發布先進激光3D打印基礎指南，多光子3D光刻領域的首創之作
時間：2025-04-24 09:49 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2025年4月23日，據維爾紐斯大學（VU）報道，由曼吉爾達斯·馬利納烏斯卡斯（Mangirdas Malinauskas）教授領導的物理學院激光研究中心（LRC）科學家團隊共同撰寫了一本關于先進激光3D打印的基礎指南。入門指南全面概述了多光子3D光刻技術，該技術利用激光在感光材料中創建納米級3D結構。這項技術為微光學、電子學、生物醫學等領域開辟了新的可能性。相關內容以題為“Multiphoton 3D lithography”的論文發表在著名期刊《自然評論方法入門》（Nature Reviews Methods Primers）上，凸顯了立陶宛在高科技創新領域日益增強的影響力。
多光子3D光刻技術
多光子3D光刻（MP3DL）是一種中尺度增材制造技術（產品尺寸從納米到厘米級），利用受限的非線性光與物質相互作用來生成3D結構。利用超快脈沖激光誘導光交聯，可以快速光學3D打印各種材料，從純有機天然樹脂到完全無機的非晶態和晶體陶瓷。
△MP3DL的典型設置：該設置由一個超短脈沖激光源、功率控制（顯示三種可能的方法：可變中性密度濾光片（VNDF）；波片與偏振器的組合；以及聲光調制器的使用）、一個測量單元（功率計）、一個偏振控制單元、一個望遠鏡、用于束光的物鏡、定位臺或伽伐尼掃描儀、樣品照明單元和一個互補金屬氧化物半導體（CMOS）相機組成。BS，光束分splitter；L，透鏡；M，鏡子；MP3DL，多光子3D光刻；NA，數值孔徑。
MP3DL可以直接寫入不受限制的真正自由形狀幾何體，特征尺寸可達100納米，物體尺寸可達毫米級。此外，光修飾深度（轉換程度）的劑量依賴性使其能夠實現3D灰度和4D圖案化。隨著新型光源、特殊材料合成和新型曝光策略的不斷發展，該技術的吞吐量不斷提升。
△MP3DL的制造步驟。a，樣品準備。這通常涉及將聚合物前驅體的液滴或薄膜放置在基材上。根據材料的不同，最終準備可能需要后續加熱或真空以去除溶劑。b，通過掃描激光束或使用定位臺定位樣品來制造3D物體。展示了三種可能的制造方法：浸入法；使用浸油的基材；以及在一個槽中。對于浸入法，光刻膠作為浸入介質，以保持折射率恒定。浸油的情況類似于標準顯微鏡的安排。在槽中，使用浸油，但樹脂填充一個包含建筑平臺的槽，該平臺會移動以使新材料能夠補充并延續制造過程。c，在稀釋劑中顯影。d，得到的自支撐3D結構。該結構可以直接使用或通過涂層或其他后處理方法進一步加工。MP3DL，多光子3D光刻；NA，數值孔徑；SEM，掃描電子顯微鏡。
馬利納烏斯卡斯教授表示：“我們的入門指南是多光子3D光刻領域的首創之作。它系統地解釋了這項技術背后的所有原理，并揭示了原創研究論文中經常被忽視的關鍵細節。對于剛接觸這一領域的新手來說，掌握海量信息非常困難，如果他們想在自己的實驗室中重復這項研究，幾乎不可能從已發表的科學文獻中收集到所有必要的信息。”這項指南旨在為研究人員提供實踐和理論路線圖，涵蓋從實驗室設置到優化現有設備的方方面面。這是該領域的一個里程碑，代表著眾多來自不同機構的頂尖專家首次攜手合作，統一對這項復雜技術的理解。
馬利納烏斯卡斯表示：“這本指南標志著來自不同科學陣營、甚至常常相互競爭的專家首次攜手合作，共同呈現一種統一且連貫的方法來闡述這項技術的物理原理和應用。對讀者而言，這意味著一個可靠且普遍接受的知識來源，而非僅僅依靠主觀意見。以前，似乎每個研究人員或公司都有自己的一套理論。現在，我們有了一本統一的手冊，其中的答案不再相互矛盾，而是相互補充。”LRC團隊在多光子光刻領域的影響力由來已久。“我們從一開始就獨具匠心，因為我們使用的是立陶宛激光器發射的綠光，而其他大多數研究人員使用的是紅外激光器，”馬利納烏斯卡斯說道。“隨著時間的推移，我們的貢獻逐漸顯現，并產生了深遠的影響，因此我受《自然》雜志邀請編寫這本指南，并組建了一個國際專家團隊。”
指南背后的團隊包括該領域一些最受尊敬的人物，如雙光子聚合領域的先驅 ShojiMaruo 教授（日本橫濱國立大學）；擁有數十年經驗的 Georg von Freymann 教授（德國凱澤斯勞滕-蘭道大學）；以及材料工程領域的權威 Julia Greer 教授（美國加州理工學院）。立陶宛的代表是 Malinauskas 教授、Edvinas Skliutas 博士（畢業于自由大學物理學院）和 GretaMerkininkaitė 博士繼續與 Malinauskas 教授合作，在自由大學先進光技術卓越中心開展研究。
自由大學的研究團隊目前正在利用多光子光刻技術開發用于無機3D打印的新材料。這些材料超越了傳統的有機化學，并正在推動微光學和生物醫學支架領域的創新。立陶宛的科技公司已經采用并改進了所需的硬件和軟件，而學術研究人員也正在使用這些系統——這是科學與產業成功合作的典范。
立陶宛在全球多光子光刻領域的地位持續提升。兩位博士后研究員——德國的GordonZyla博士和希臘的Dimitra Ladika博士——最近加入了團隊。荷蘭特溫特大學的Arturo Susarrey-Arce教授也有望在指南發布的鼓舞下很快訪問維爾紐斯。這些進展凸顯了立陶宛正逐漸成為該領域重要的國際樞紐。
維爾紐斯大學的學生也將受益于這一發展勢頭。從本科到博士，各個層次的學生都可以參加多光子3D光刻技術課程和實驗課，獲得當今最先進技術之一的實踐培訓。
(責任編輯：admin)
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