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NanoScribe,探索远在长城之外的纳米打印商业价值

2016-01-12 kw@3D科学谷 3D科学谷

“ 人们或许对2015年10月习主席获赠的英国帝国理工学院的中国长城模型记忆犹新,它的真实规模是真实长城的百万分之一,这是一段只有100微米长的中国长城。这项技术是由Hamlyn中心医疗机器人部的研究人员开发的,是由NanoScribe公司的Photonic Professional GT 3D打印机打印出来的。


如此产品送主席,其寓意仅仅是纳米级打印的难度?还是纳米打印更大的商业价值?


未来学家Christopher Barnatt曾提到NanoScribe的潜在影响力是惊人的,未来有可能成为主流的3D打印形式,本期3D科学谷特与您一起探索NanoScribe远在长城之外的商业价值...”


纳米打印技术

潜在的影响力


NanoScribe的技术三维激光直写系统通过超短的激光脉冲曝光,预先勾勒出三维立体微纳米结构的轮廓;再经过显影程序,最终获得可自行支撑的立体结构固着于衬底材料上。类似于光固化快速成型技术,是一种“纳米光学”3D打印法,这种基于选择性固化液体物质的3D打印技术是双光子聚合技术,通过实用“飞秒脉冲激光”选择性逐层固化感光性树脂,打印机分辨率达到0.0001毫米,打印出来的东西比细菌还小。


NanoScribe技术潜在的应用范围和影响力是相当惊人的。其应用领域包括:


光子学 (Photonics):光子晶体、超颖材料、激光分布回馈术(DFB Lasers) 光子共振环、绕射光学


微光子学 (Micro Optics):微光学器件、整合型光学


微流道技术 (Micro Fluidics):生医芯片系统、物质研究开发与分析、三维基础结构 与 微流道通路


生命科学 (Life Sciences):细胞外数组结构、干细胞分离术、细胞成长研究、细胞迁移研究,组织工程


纳米与微米工艺 (Nano- and Microtechnology):超细分辨率光学掩膜、壁虎与莲花效应分析

医疗应用

NanoScribe的技术不但可以制造游泳microbots,精确高效地将药物送至到身体的目标区域,而且可以制作极小的手术工具成为显微外科手术所需的纳米工具。在科研上的潜力价值体现在,医生可以精确的将癌症治疗药物送至目标位置而不再需要大范围用药。另外,由于尺寸微小,这种纳米工具还能帮助医生完成极其复杂的眼部手术而无需担心会对眼镜造成伤害。

细胞生物学

NanoScribe技术还可以打印支架,将来或许可以帮助人体组织再生,从而促使自然组织生长:



使用NanoScribe 3D光刻系统构建三维的生物支架(左图中白色的柱状结构),能够控制直接从鸡的身上分离出来的成纤维细胞(专业术语称之为原代成纤维细胞)的生长形状。右图中的4个红点,是一种有机大分子的聚合物组成的基质。图中每4个红点构成一个方糖形状的单元格。成纤维细胞在粘附在方糖形状的单元格上,即可以成长为同样的方糖结构,从而实现控制细胞形状的目的。通过控制细胞学形状及细胞之间的连接进而实现更接近基体内的细胞学功能。右图中的绿色部分就是已经成长为方糖形状的细胞。


用常规培养方式培养的细胞,其形态和功能与人体内的细胞并不完全相同。而用使用生物3D打印技术,可以让细胞按照预先的设计的形状和细胞之间的联系生长,更贴近人体的真实情况,从而达到模拟人体组织和器官的目的。无论是人造血管、软骨组织,还是肝脏组织、肾脏组织,其核心是特定类型细胞的分离(或定向诱导)及大规模扩增。从这个意义上讲,3D打印人体组织和器官的发展很大大程度上取决于生物技术的发展。


组织工程学

双光子聚合技术在骨小梁重建组织工程学上的应用:


双光子聚合技术在三维仿生结构方面的研究探索,或将在组织工程和再生医学领域获得商业化应用。


光子

光半导体和材料

在当今的通信技术中,光子已成为信息的主要载体。在过去的几十年里,如光子晶体和超材料的概念已经打开了一个全新的材料类别。塑造光的流动以及控制光子的动态是光子研究的两个关键问题。纳米结构材料的性能是这项研究活动的重心。



铸造-PDMS结构复制

NanoScribe光子专业级GT打印机是复制拓扑结构表面的理想工具。一旦复制设计的要求得到满足,大面积的2.5D聚合物打印结构可以在不同的材料被转载。下面的SEM照片显示典型的工作流程:


光子线键-芯片互连

长红外通信低损耗波达到1.55um,允许数据传输率超过5 Tbit / s的技术方法是光学互连的突破。


超材料

机械微晶结构

NanoScribe打印出的微晶结构已经被证明,在许多研究领域,包括微波频率电动力学,光学,静电传导、声学、流体动力学、热力学和准二维固体力学可以用做机械超材料,微观上调节机械性能。


微桁架

轻如水,坚如钢铁的微桁架结构:

力学性能超过1000kg/立方米的陶瓷聚合物结构,是名副其实的超材料。


微流控芯片

NanoScribe纳米级的打印精度带来流体控制学上的飞跃,包括泵体系统内的导流块,过滤微装置,以及其他微晶结构等。

微型磁螺旋

这带来了生物医学领域研究的乐趣,利用3D打印的微型磁螺旋做为“搬运工”来运送和释放材料。

微光学

2.5D表面

图案、斜坡或球形等形状可以自由选择,甚至沿一个简单可靠的工作流实现自由曲面是可能的。

透射相位光栅用于彩色滤光片

NanoScribe不仅可以大量生产光学制品,实现高分辨率的空间模式,也可以直接集成到微型光学器件。


衍射光学元件

在打击假冒伪劣的市场,光学衍射被用来做为鉴别真伪的技术,NanoScribe的精密线打印技术使得在一个光刻步骤中完成衍射彩色打印或衍射光学元件的制作。

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