双光子3D打印技术？中科院理化所领先世界，最细可达18纳米

如今，3D打印可谓是上天入地，大到别墅大楼，小到纳米长城都能3D打印。

△100微米长的3D打印长城

南极熊经调研发现，这个100微米长的3D打印长城是由一种被称作“双光子3D打印”的技术制作而成，学名叫做双光子聚合加工（下文统称双光子3D打印），是飞秒激光微纳加工技术中的一种。它利用光与物质相互作用的非线性双光子聚合作用获得远小于衍射极限的加工尺寸。

是不是有些难以理解，下面来看一下双光子3D打印技术可以制造何种精度的3D模型吧！

Hamlyn中心的研究团队使用受控脉冲激光来聚合（分子融合）或固化液态光刻胶，也就是我们常说的光敏材料。通过控制激光的运动，就可以像普通的3D打印机那样，在微观尺度上逐层构建出3D对象了。迄今为止，研究人员已经成功打造出了一个仅有150纳米大小的3D结构。

而实际上，国内在双光子3D打印技术方面领先于世界，据南极熊了解，中科院理化所在双光子3D打印方面已经开展了十多年的研究，下图为利用该项技术所打印出的立体模型，均为微米级别，例如长度约10微米左右的一头牛。

△中科院理化所“双光子3D打印”的样品

△腺病毒微结构

10月10日，南极熊拜访了中科院理化所郑美玲老师，据郑老师介绍该实验室目前已经可以使用双光子3D打印技术打印出直径为18nm的悬空线和玻璃基板上35nm的纳米线结构。基于多光子激光直写加工技术，该研究团队近年来取得了一系列研究成果，如高分辨3D水凝胶结构（J. Mater. Chem. B 2, 4318-4323, 2014; 3, 8486-8491, 2015），手性互补超颖材料（Appl. Phys. Lett. 104, 011108, 2014），高透光率的有序金属网格透明电极结构（Appl. Phys. Lett. 108, 221104, 2016），并受邀在Chem. Soc. Rev.撰写综述文章（Chem. Soc. Rev. 44, 5031-5039, 2015）。

近期郑美玲老师在光学界顶级期刊《Laser & Photonics Review》发表论文[Laser Photon. Rev. 10(4), 665-672 (2016), Three-dimensional Luneburg lens at optical frequencies]，引起了广泛关注。该论文开创性地利用纳米级的3D打印技术——超衍射多光子直写加工技术制备了聚合物三维Luneburg透镜器件，其大小仅相当于人类头发直径的1/2，第一次将真三维的Luneburg透镜的工作波段从微波推广至光波段，使对三维Luneburg透镜的研究从宏观的微波领域转向光学领域迈进了坚实的一步，该研究成果将进一步促进微小光学和变换光学的发展，并打开了纳米级3D打印技术在微纳米器件领域中的全新应用。论文被当选为《Laser & Photonics Review》2016年第10卷第4期的封面论文(Front Cover Article)。

《Laser & Photonics Review》是一本旨在报道激光物理学与光子学领域的最新理论与实验研究进展的双月出版期刊，每期只发表由编辑邀请撰写的2-3篇综述论文，该期刊于2013年始接收发表少量高水平的研究原创文章，年文章数67篇，位列SCI收录Top一区，是光子学领域排名仅次于Nature Photonics的行业知名杂志。文章链接：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.201600051/abstract

但是目前该技术主要是用在科研领域，产业应用方面有待进一步开拓。随后，南极熊参观了正在进行双光子3D打印的设备，整套设备由高端的激光器、复杂的光路和精度极高的显微设备构成，由于保密限制南极熊暂时无法公开照片。

△飞秒激光直写制备的微尺度光波段Luneburg透镜及其聚焦光场的表征分析结果

但是，近几年郑老师团队在对双光子3D打印设备进行系统集成和改造后，推出了一套小型的双光子3D打印解决方案，可以实现稳定的双光子3D打印研究，目前该设备主要适用于科研领域。

△中科院理化所的双光子3D打印解决方案

如果你也对双光子3D打印技术感兴趣，希望引进这样一套设备，请填写报名表。