弗莱堡大学双光子聚合3D打印技术取得新突破，可打印高精密钨结构和微流控芯片

2023年11月25日，南极熊获悉，德国弗莱堡大学 NeptunLab 的科学家们在双光子聚合 (2PP) 3D 打印技术取得新的突破。该团队在曾在 2021 年以惊人的亚微米分辨率成功打印了复杂铂金属 3D 微结构。今年，NeptunLab团队成功以前所未有的速度生产了类似的钨金属结构以及具有单微米分辨率的嵌入式微流控芯片。在这三篇论文中，首席科学家 Manuel Luitz 使用了UpNano GmbH 的 NanoOne 2PP 3D 打印机。与此同时，在成功招募 Luitz 加入 UpNano 后，NeptunLab公司将继续开发2PP技术。

△Manuel Luitz，UpNano 应用和材料开发团队的高级成员。

高分辨率 2PP 3D 打印更广泛应用的两个主要限制是打印速度和必要光聚合的可用材料。现在，曼努埃尔·路易斯 (Manuel Luitz) 在弗莱堡大学工艺技术实验室 (NeptunLab) 工作期间，经过数年的努力，显著减少了这些限制。这项工作的结果已连续发表在三篇论文中，最新一篇论文题为“Fabrication of Embedded Microfluidic Chips with Single MicronResolution Using Two-Photon Lithography”，被发表在《先进材料技术》杂志上。

相关论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admt.202300667

△使用 NanoOne 2PP 3D 打印机的单微米嵌入式微流控芯片。

芯片通道清理

在这一最新进展中，Luitz 及其同事定义了使用 NanoOne 打印机的单微米嵌入式微流控芯片的开发方案。利用打印机的能力，研究团队能够打印出一个芯片，该芯片可以通过外界接口连接到压力驱动泵。Manuel Luitz 说道：“这是微流控芯片制造领域的一项突破，因为高分辨率 3D 打印微流控芯片的主要障碍之一是清洗嵌入通道中的未固化材料。这使得生产通道长度长达20 厘米的曲折芯片、液滴发生器芯片以及基于确定性横向位移、柱直径为 30 μm、柱间距为 4 μm 的细胞分选芯片成为可能。因此，使用 NanoOne 可在不到 12 小时的合理时间范围内打印具有厘米尺寸和微米分辨率的微流控芯片。”

△首次使用 NanoOne 2PP 3D 打印机制作由钨（碳化物）制成的微结构。ManuelLuitz 等人打印的聚合物结构（左），清理后的结构（中），碳化钨结构（右）

钨金属

在此之前，Luitz 选择NanoOne 打印机的原因是扩大2PP 3D 打印可用的材料范围，他尝试使用这种高分辨率增材制造工艺打印钨和碳化钨结构。这不是一件容易的事，因为这两种材料都以其极高的硬度（莫氏硬度 9.0）和耐热性（熔点 > 3,400 摄氏度）而闻名，这使得它们难以加工。然而，发射器尖端、探针、微型工具以及超材料或催化等应用对由钨及其碳化物制成的高分辨率物体的需求很高。

Manuel Luitz 说道：“使用NanoOne 打印机，我们能够设计基于含有钨离子的有机-无机光树脂的制造工艺。然后对聚合物部件进行热脱脂和还原，留下最终分辨率为 2 μm 的钨部件和分辨率为 7 μm 的碳化钨部件。”

△使用 NanoOne 2PP 3D 打印机生产的新型铂微结构：铂木桩结构（左）和放大图（中）以及独立式铂纳米柱（右）。

铂金属

Luitz在“微系统技术研究所-IMTEK”的NeptunLab中成功对钨材料进行2PP 3D打印并非偶然，该团队此前曾利用铂材料取得了类似的结果，他们能够生产独立式纳米柱以及分辨率为 300 nm 的复杂 3D 铂微结构。这种小型结构将用于各种工程应用，包括超材料和催化，其中铂的大表面积和物理化学性质是非常理想的。

UpNano 首席运营官兼联合创始人Denise Hirner 表示：“我们非常高兴 Manuel加入我们不断壮大的 UpNano 团队，作为我们应用和材料开发团队的高级成员，他将继续突破 2PP 3D 打印技术的极限。”