借力飞秒激光源3D打印，研究团队造出多材料、高分辨率的水凝胶结构

2021-10-18 11:38

时至今日，利用现有技术制备高分辨率的多尺度、多材料三维结构，仍然是一项充满挑战的任务。在当使用机械强度较弱的水凝胶进行3D打印的时候，这一点更是尤为关键。

近日，《先进光学材料》（Advanced Optical Materials）报道了一种新的混合激光打印(HLP)技术，用于打印复杂、多尺度、多材料、微尺度分辨率的三维水凝胶结构。

这种技术利用了连续的加法交联（CLIP）和减法烧蚀（MPA）的制造模式——在以往，由于材料加工条件的不同，它们通常被认为是相互排斥的。此外值得注意的是，与目前在处理深度方面严格受限的激光写入系统相比，HLP技术可以去除3D结构内任何深度的材料。

具体来看，在原理演示过程中，来自Syracuse University的Pranav Soman团队用合成聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶3D打印了一个嵌入立方体框架的玛雅金字塔。

他们还使用聚乙二醇凝胶和甲基丙烯酸明胶(GelMA)水凝胶，演示了嵌入微通道的现成3D打印开孔芯片，及其在生物医学科学中的潜在应用。

随后，研究人员在加法-加法模式下使用HLP技术，在几分钟内打印尺寸从厘米到微米的多尺度3D结构，随后使用该技术打印出了精细的三维、多材料、多尺度结构。

据设计示意图显示，HLP装置由飞秒激光源组成，用于加法和减法制造模式。

加法交联模式（CLIP），主要通过飞秒激光束经过二次谐波发生器（SHG）获得紫外光，然后通过数字微镜装置（DMD）空间调制而进行，类似于传统的光固化打印方式。减法烧蚀模式（MPA），通过物镜引导飞秒激光束烧蚀先前交联层内的空隙。

飞秒激光还可以通过多光子聚合（MPP）操作，以微尺度分辨率聚合3D结构。目前，加法模式可打印的最小特征尺寸为30 μm，而减法模式可以烧蚀的最小特征尺寸为3 μm。

总的来说，该团队研究人员展示了HLP技术在三种不同制造模式下的打印能力：加法/减法、加法/加法和多材料模式，可以预见HLP的打印能力可应用于更加广泛的领域。总的来说，这项工作表明，HLP的多功能性可以潜在地为光学和光电子学、生物医学科学、微流体等领域的一系列应用提供独特的机会。

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