3D打印的結(jié)構(gòu)，還能“擦掉”

來源： X-MOL

在紙張上寫入信息和擦除字跡是司空見慣的事情，不管是剛學(xué)寫字的小朋友，還是科學(xué)領(lǐng)域的研究者，在紙上寫寫擦擦都是生活中的日常。鉛筆寫字好擦除，但鋼筆字就不太好擦除了。與此類似，風(fēng)靡一時的3D打印技術(shù)也有一個痛點，那就是已經(jīng)打印出來的結(jié)構(gòu)如何能夠高分辨率地“擦除”不想要的部分？再來看看化學(xué)領(lǐng)域，反應(yīng)中共價鍵或非共價鍵的可逆形成和斷裂，也可以廣義地看作“寫入”和“擦除”。那么，有沒有可能把化學(xué)鍵的形成與斷裂引入到3D打印技術(shù)，從而實現(xiàn)打印結(jié)構(gòu)的可逆“擦除”呢？

近日，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）Martin Wegener、Christopher Barner-Kowollik、Eva Blasco等人以光敏性聚合物體系為研究切入點，采用含鄰硝基芐基醚（ONB）光刻膠樹脂進行3D打印微結(jié)構(gòu)的光寫入與擦除研究。基于丙烯酸酯類單體在光引發(fā)劑輔助下900 nm光誘發(fā)自由基聚合交聯(lián)，以及ONB功能基團在700 nm激光輻照下的光降解，研究團隊首次同時通過光控實現(xiàn)了精細3D結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及選擇性擦除。相關(guān)論文發(fā)表于Advanced Materials。

光敏樹脂結(jié)構(gòu)及光控3D打印及擦除示意圖。圖片來源：Adv. Mater.

為避免丙烯酸樹脂光引發(fā)聚合過程中光照引起ONB基團的光降解，研究團隊通過篩選確定飛秒激光波長為900 nm、功率8 mW，3D打印光寫入速率為100 μm s-1；激光擦除波長則為700 nm、平均功率10 mW，溶劑體系為DMSO。研究團隊采用上述900 nm波長激光3D打印15 × 15 × 5 μm3 立方體結(jié)構(gòu)，隨后采用700 nm波長激光對立方體進行選擇性結(jié)構(gòu)擦除，最終獲得各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)器件。SEM測試表明，光擦除形成的微結(jié)構(gòu)形貌具有光滑的邊緣結(jié)構(gòu)和良好的空間規(guī)整性，在微流體器件等復(fù)雜微結(jié)構(gòu)3D結(jié)構(gòu)器件的制備方面具有優(yōu)異的實用性。

光控復(fù)雜3D微結(jié)構(gòu)器件的制備。圖片來源：Adv. Mater.

為進一步展示該含ONB光刻膠樹脂與商業(yè)化光刻膠樹脂的兼容性，研究人員以含ONB光刻膠3D打印制備5 × 5 μm2 方塊基座、以商業(yè)化丙烯酸為材質(zhì)制備基座間線狀連接構(gòu)件�；�于含ONB樹脂基體內(nèi)的剩余反應(yīng)性官能團，基座樹脂能夠與線狀樹脂形成共價鍵連接�；�于含ONB樹脂基座的700 nm光可擦除性，通過選區(qū)曝光可實現(xiàn)3D微結(jié)構(gòu)陣列中局部個體器件的完全擦除。

新型光敏樹脂與商業(yè)化光刻膠樹脂兼容性展示。圖片來源：Adv. Mater.

總結(jié)
光刻膠其獨特的光交聯(lián)或光降解特性，使其在微結(jié)構(gòu)制備領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。該論文通過將光交聯(lián)和光降解功能基團同時引入光刻膠樹脂中，借助先進的3D打印成型技術(shù)簡便實現(xiàn)了各種復(fù)雜3D微結(jié)構(gòu)器件的構(gòu)筑及成型器件的二次局部結(jié)構(gòu)調(diào)控。同時，該研究成果中的新型光敏樹脂與商業(yè)化光刻膠優(yōu)異的兼容性使其在復(fù)合材質(zhì)微結(jié)構(gòu)器件的制備中具有獨特的優(yōu)勢。