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LLNL的PTL产生具10倍高的X射线衰减的纳米级3D打印

来源：narkii 浏览数：
责任编辑：六月芳菲时间：2018-01-10 09:06

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[导读]这项研究可以帮助医生进行X射线CT扫描，分析人体内的3D打印植入物。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员已经找到了一种改进双光子光刻（TPL）的方法，这是一种纳米级3D打印技术。这项研究可以帮助医生进行X射线CT扫描，分析人体内的3D打印植入物。

与大多数激光3D打印技术不同，3D激光打印技术的分辨率受3D打印机激光点的大小限制，双光子光刻技术可将打印分辨率降至最低。这是因为TPL（通常涉及使用载玻片，透镜和浸没油）使用光致抗蚀剂材料，其同时吸收两个光子而不是一个光子。

LLNL的研究人员最近通过对3D打印过程中使用的抗蚀剂材料进行了一些重要的发现，找到了大幅度拓宽TPL功能的方法。他们的发现是将整个过程颠倒过来 - 将抗蚀剂材料直接应用到镜头上，并将3D打印机的激光器通过抗蚀剂进行对焦，可以打印出尺寸小于150纳米但高度仍为几毫米的三维微结构。

合作者James Oakdale说：“在本文中，我们解开了在双光子光刻系统上定制材料而不会失去分辨率的秘密。”LLNL研究员James Oakdale说。

但这只是LLNL团队令人兴奋的研究项目的开始。研究人员还发现，除了通过翻转部分3D打印系统大幅提高TPL的分辨率之外，他们还可以将3D打印过程中使用的光敏聚合物抗蚀剂的衰减提高10倍以上，增加（或减少）抗蚀剂能够吸收的X射线。

这是通过“折射率匹配”使得抗蚀剂材料的折射率与透镜的浸入介质匹配成为可能，从而允许3D打印机的激光以最小的干扰通过。通过部署这种指数匹配技术，LLNL团队表示，TPL最终可用于3D打印更大的部件，功能小至100纳米。

由于科学家们一直在寻找3D打印部件的方法，而且分辨率非常好，但尺寸仍然足够大，所以功能性的增加，这对于TPL的拓展范围可能会有很大的实际意义。

具有亚微米特征的3D打印八角形桁架结构

该论文的第一作者Sourabh Saha说：“大多数希望使用双光子光刻技术印刷功能三维结构的研究人员需要高于100微米的部件。 “通过这些索引匹配的抗蚀剂，您可以打印高度符合您要求的结构。”

Saha承认，唯一的限制就是TPL流程的速度。但是现在研究人员已经掌握了如何修改和改进这个过程，他们有信心能够“诊断和改进”这个过程。

对于LLNL研究人员新调整抗蚀剂X射线吸收能力的另一个重要的连锁效应。通过制作吸收更多X射线的3D打印物体，研究人员理论上可以制作3D打印身体植入物，使用外部X射线CT扫描仪或其他成像设备可以更容易地检查3D打印身体植入物。

由于3D打印植入物的调谐特性使其对CT扫描仪高度可见，因此医生不需要移除这种植入物以查看是否具有例如内部缺陷。

3D打印与亚微米功能woodpile晶格

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

这些可调谐材料也有药用之外的用途。研究人员说，优化的TPL过程可用于建立（然后检查）国家点火设施的目标的内部结构，LLNL的大型激光惯性约束聚变（ICF）研究设备，用于实现聚变点火。

该过程的其他用途可以包括光学和机械超材料和3D印刷电化学电池的3D打印。

但是，现在的重点是通过并行化来加快打印过程，最终实现更小的功能和更高的功能。研究人员相信3D打印过程将有一天会被用来生产关键部件。

萨哈说：“这是我们解决的难题中的一小部分，但是我们现在更有信心开始在这个领域上演。” “我们在越来越大的结构中推动越来越小的功能正在使我们更接近世界其他地方正在进行的科学研究的前沿。而在应用方面，我们正在开发新的实用印刷方式。“

“应用材料与接口”（ACS Applied Materials＆Interfaces）杂志发表的研究成果“双光子光刻的不透射线抗蚀剂能够通过X射线计算机断层扫描技术实现聚合物部件的亚微米三维成像”。

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