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LLNL的PTL產(chǎn)生具10倍高的X射線衰減的納米級(jí)3D打印

來源：narkii 瀏覽數(shù)：
責(zé)任編輯：六月芳菲時(shí)間：2018-01-10 09:06

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[導(dǎo)讀]這項(xiàng)研究可以幫助醫(yī)生進(jìn)行X射線CT掃描，分析人體內(nèi)的3D打印植入物。

勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員已經(jīng)找到了一種改進(jìn)雙光子光刻（TPL）的方法，這是一種納米級(jí)3D打印技術(shù)。這項(xiàng)研究可以幫助醫(yī)生進(jìn)行X射線CT掃描，分析人體內(nèi)的3D打印植入物。

與大多數(shù)激光3D打印技術(shù)不同，3D激光打印技術(shù)的分辨率受3D打印機(jī)激光點(diǎn)的大小限制，雙光子光刻技術(shù)可將打印分辨率降至最低。這是因?yàn)門PL（通常涉及使用載玻片，透鏡和浸沒油）使用光致抗蝕劑材料，其同時(shí)吸收兩個(gè)光子而不是一個(gè)光子。

LLNL的研究人員最近通過對(duì)3D打印過程中使用的抗蝕劑材料進(jìn)行了一些重要的發(fā)現(xiàn)，找到了大幅度拓寬TPL功能的方法。他們的發(fā)現(xiàn)是將整個(gè)過程顛倒過來 - 將抗蝕劑材料直接應(yīng)用到鏡頭上，并將3D打印機(jī)的激光器通過抗蝕劑進(jìn)行對(duì)焦，可以打印出尺寸小于150納米但高度仍為幾毫米的三維微結(jié)構(gòu)。

合作者James Oakdale說：“在本文中，我們解開了在雙光子光刻系統(tǒng)上定制材料而不會(huì)失去分辨率的秘密。”LLNL研究員James Oakdale說。

但這只是LLNL團(tuán)隊(duì)令人興奮的研究項(xiàng)目的開始。研究人員還發(fā)現(xiàn)，除了通過翻轉(zhuǎn)部分3D打印系統(tǒng)大幅提高TPL的分辨率之外，他們還可以將3D打印過程中使用的光敏聚合物抗蝕劑的衰減提高10倍以上，增加（或減少）抗蝕劑能夠吸收的X射線。

這是通過“折射率匹配”使得抗蝕劑材料的折射率與透鏡的浸入介質(zhì)匹配成為可能，從而允許3D打印機(jī)的激光以最小的干擾通過。通過部署這種指數(shù)匹配技術(shù)，LLNL團(tuán)隊(duì)表示，TPL最終可用于3D打印更大的部件，功能小至100納米。

由于科學(xué)家們一直在尋找3D打印部件的方法，而且分辨率非常好，但尺寸仍然足夠大，所以功能性的增加，這對(duì)于TPL的拓展范圍可能會(huì)有很大的實(shí)際意義。

具有亞微米特征的3D打印八角形桁架結(jié)構(gòu)

該論文的第一作者Sourabh Saha說：“大多數(shù)希望使用雙光子光刻技術(shù)印刷功能三維結(jié)構(gòu)的研究人員需要高于100微米的部件。 “通過這些索引匹配的抗蝕劑，您可以打印高度符合您要求的結(jié)構(gòu)。”

Saha承認(rèn)，唯一的限制就是TPL流程的速度。但是現(xiàn)在研究人員已經(jīng)掌握了如何修改和改進(jìn)這個(gè)過程，他們有信心能夠“診斷和改進(jìn)”這個(gè)過程。

對(duì)于LLNL研究人員新調(diào)整抗蝕劑X射線吸收能力的另一個(gè)重要的連鎖效應(yīng)。通過制作吸收更多X射線的3D打印物體，研究人員理論上可以制作3D打印身體植入物，使用外部X射線CT掃描儀或其他成像設(shè)備可以更容易地檢查3D打印身體植入物。

由于3D打印植入物的調(diào)諧特性使其對(duì)CT掃描儀高度可見，因此醫(yī)生不需要移除這種植入物以查看是否具有例如內(nèi)部缺陷。

3D打印與亞微米功能woodpile晶格

（圖片：Jacob Long，Adam Connell，James Oakdale / LLNL）

這些可調(diào)諧材料也有藥用之外的用途。研究人員說，優(yōu)化的TPL過程可用于建立（然后檢查）國家點(diǎn)火設(shè)施的目標(biāo)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，LLNL的大型激光慣性約束聚變（ICF）研究設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火。

該過程的其他用途可以包括光學(xué)和機(jī)械超材料和3D印刷電化學(xué)電池的3D打印。

但是，現(xiàn)在的重點(diǎn)是通過并行化來加快打印過程，最終實(shí)現(xiàn)更小的功能和更高的功能。研究人員相信3D打印過程將有一天會(huì)被用來生產(chǎn)關(guān)鍵部件。

薩哈說：“這是我們解決的難題中的一小部分，但是我們現(xiàn)在更有信心開始在這個(gè)領(lǐng)域上演。” “我們?cè)谠絹碓酱蟮慕Y(jié)構(gòu)中推動(dòng)越來越小的功能正在使我們更接近世界其他地方正在進(jìn)行的科學(xué)研究的前沿。而在應(yīng)用方面，我們正在開發(fā)新的實(shí)用印刷方式。“

“應(yīng)用材料與接口”（ACS Applied Materials＆Interfaces）雜志發(fā)表的研究成果“雙光子光刻的不透射線抗蝕劑能夠通過X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)聚合物部件的亞微米三維成像”。

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