Nanoscribe芯片内双光子无掩模光刻技术实现嵌入式3D微流控器件研发

来自德国亚琛工业大学以及莱布尼兹材料研究所（DWI Leibniz-Institute for Interactive Materials and the RWTH Aachen University）的科学家们，运用Nanoscribe公司的Photonic Professional GT双光子无掩模光刻系统研究出了一种全新的微流控微纳加工方法 - 在2D微型通道内制作嵌入式3D微流控器件，该器件的核心部件是模拟蜘蛛喷丝头的复杂喷嘴设计。

微流控技术的多学科领域应用主要表现在对微量体积的液体进行JZ控制和操作，广泛应用在化学，生物学和物理学的芯片实验室（lab-on-a-chip）应用中。而为了能更好得对这微小尺度空间进行分析研究，则需要通过集成更小部件来操控微流体通道。通常，微流体通道由主动和被动部件结合在一起（包括过滤器，阀门和混合器等）。然而，微流控芯片的传统制造技术被限制于二维层面，限制了对三维空间的利用，例如多相液滴分离，交换混合器和湿相纤维纺丝等应用。

如今，科学家们采用一种全新的方式解决了制造并集成3D微纳结构集成到2D微流体通道的问题。他们运用双光子聚合技术于微流道母版制造和密闭通道系统内部的芯片内打印，开创了一种全新的微流控微纳加工方法。运用Nanoscribe的双光子聚合（2PP）技术打印微型通道的聚合物母版，并结合软光刻技术做后续复制工作。随后，在密闭的微流道中通过芯片内3D技术直接制作复杂结构的喷丝头。

Nanoscribe双光子聚合微纳加工技术赋予微流控新应用

双光子聚合（2PP）技术结合增材制造可以实现超越二维微流体平面的任意三维结构几何形状的制作。用该技术制造的三维微纳结构，结合Nanoscribe无掩模光刻系统的高精度定位设备，可成功将复杂结构元件JZ集成到开放或密闭的微型通道中。利用2PP技术可以制作几乎任何形状的3D结构，例如细胞支架，过滤器或混合器等,并打印到预制的微流道中，从而扩大了微流控应用的更多可能性。

2PP技术同样适用于2D或2.5D微流道系统聚合物母版制作。该应用进一步小型化了复杂且集成的2D通道系统，同时拓展了制造具有几微米甚至亚微米级横向特征尺寸的花丝结构的可能性。Nanoscribe的2PP技术可用于构造包含不同规模结构的聚合物母版，并通过例如软光刻技术进行复制。

微流控设备的母板制作和芯片内打印

为了在微流控芯片中制造和最小化湿纺工艺，科研人员结合了母版制作，软光刻技术复制和芯片内打印技术。首先，运用2PP技术打印2D微流道系统的母版。第二步，通过将PDMS浇铸在打印的聚合物母版上来制作通道结构的阴模。通过使用氧气等离子体将PDMS模具黏附到显微镜载玻片上密封。然后再通道中填充光敏树脂液体，进行喷丝头的芯片内打印。通过物镜聚焦于通道内部的激光束用来打印内径仅12 µm的3D喷嘴。下一步，通过溶剂冲洗将通道内未聚合的材料冲洗掉。这个方法利用2PP技术完成二维微流体母版制作，并在微流体通道内集成高精度3D微纳结构。小型化的喷丝头喷嘴所具备的湿纺工艺能够合成媲美天然蜘蛛丝尺寸的湿纺单丝。

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