NanoScribe，探索遠(yuǎn)在長(zhǎng)城之外的納米打印商業(yè)價(jià)值
“ 人們或許對(duì)2015年10月習(xí)主席獲贈(zèng)的英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院的中國(guó)長(zhǎng)城模型記憶猶新，它的真實(shí)規(guī)模是真實(shí)長(zhǎng)城的百萬(wàn)分之一，這是一段只有100微米長(zhǎng)的中國(guó)長(zhǎng)城。這項(xiàng)技術(shù)是由Hamlyn中心醫(yī)療機(jī)器人部的研究人員開發(fā)的，是由NanoScribe公司的Photonic Professional GT 3D打印機(jī)打印出來(lái)的。
如此產(chǎn)品送主席，其寓意僅僅是納米級(jí)打印的難度？還是納米打印更大的商業(yè)價(jià)值？
未來(lái)學(xué)家Christopher Barnatt曾提到NanoScribe的潛在影響力是驚人的，未來(lái)有可能成為主流的3D打印形式，本期3D科學(xué)谷特與您一起探索NanoScribe遠(yuǎn)在長(zhǎng)城之外的商業(yè)價(jià)值...”
納米打印技術(shù)
潛在的影響力
NanoScribe的技術(shù)三維激光直寫系統(tǒng)通過超短的激光脈沖baoguang，預(yù)先勾勒出三維立體微納米結(jié)構(gòu)的輪廓；再經(jīng)過顯影程序，最終獲得可自行支撐的立體結(jié)構(gòu)固著于襯底材料上。類似于光固化快速成型技術(shù)，是一種“納米光學(xué)”3D打印法，這種基于選擇性固化液體物質(zhì)的3D打印技術(shù)是雙光子聚合技術(shù)，通過實(shí)用“飛秒脈沖激光”選擇性逐層固化感光性樹脂，打印機(jī)分辨率達(dá)到0.0001毫米，打印出來(lái)的東西比細(xì)菌還小。
NanoScribe技術(shù)潛在的應(yīng)用范圍和影響力是相當(dāng)驚人的。其應(yīng)用領(lǐng)域包括：
光子學(xué) (Photonics):光子晶體、超穎材料、激光分布回饋術(shù)(DFB Lasers) 光子共振環(huán)、繞射光學(xué)
微光子學(xué) (Micro Optics):微光學(xué)器件、整合型光學(xué)
微流道技術(shù) (Micro Fluidics):生醫(yī)芯片系統(tǒng)、物質(zhì)研究開發(fā)與分析、三維基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 與 微流道通路
生命科學(xué) (Life Sciences):細(xì)胞外數(shù)組結(jié)構(gòu)、干細(xì)胞分離術(shù)、細(xì)胞成長(zhǎng)研究、細(xì)胞遷移研究,組織工程
納米與微米工藝 (Nano- and Microtechnology):超細(xì)分辨率光學(xué)掩膜、壁虎與蓮花效應(yīng)分析
醫(yī)療應(yīng)用
NanoScribe的技術(shù)不但可以制造游泳microbots，精確高效地將藥物送至到身體的目標(biāo)區(qū)域，而且可以制作極小的手術(shù)工具成為顯微外科手術(shù)所需的納米工具。在科研上的潛力價(jià)值體現(xiàn)在，醫(yī)生可以精確的將癌癥治療藥物送至目標(biāo)位置而不再需要大范圍用藥。另外，由于尺寸微小，這種納米工具還能幫助醫(yī)生完成極其復(fù)雜的眼部手術(shù)而無(wú)需擔(dān)心會(huì)對(duì)眼鏡造成傷害。
細(xì)胞生物學(xué)
NanoScribe技術(shù)還可以打印支架，將來(lái)或許可以幫助人體組織再生，從而促使自然組織生長(zhǎng)：
使用NanoScribe 3D光刻系統(tǒng)構(gòu)建三維的生物支架（左圖中白色的柱狀結(jié)構(gòu)），能夠控制直接從雞的身上分離出來(lái)的成纖維細(xì)胞（專業(yè)術(shù)語(yǔ)稱之為原代成纖維細(xì)胞）的生長(zhǎng)形狀。右圖中的4個(gè)紅點(diǎn)，是一種有機(jī)大分子的聚合物組成的基質(zhì)。圖中每4個(gè)紅點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)方糖形狀的單元格。成纖維細(xì)胞在粘附在方糖形狀的單元格上，即可以成長(zhǎng)為同樣的方糖結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)控制細(xì)胞形狀的目的。通過控制細(xì)胞學(xué)形狀及細(xì)胞之間的連接進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更接近基體內(nèi)的細(xì)胞學(xué)功能。右圖中的綠色部分就是已經(jīng)成長(zhǎng)為方糖形狀的細(xì)胞。
用常規(guī)培養(yǎng)方式培養(yǎng)的細(xì)胞，其形態(tài)和功能與人體內(nèi)的細(xì)胞并不完全相同。而用使用生物3D打印技術(shù)，可以讓細(xì)胞按照預(yù)先的設(shè)計(jì)的形狀和細(xì)胞之間的聯(lián)系生長(zhǎng)，更貼近人體的真實(shí)情況，從而達(dá)到模擬人體組織和器官的目的。無(wú)論是人造血管、軟骨組織，還是肝臟組織、腎臟組織，其核心是特定類型細(xì)胞的分離（或定向誘導(dǎo)）及大規(guī)模擴(kuò)增。從這個(gè)意義上講，3D打印人體組織和器官的發(fā)展很大大程度上取決于生物技術(shù)的發(fā)展。
組織工程學(xué)
雙光子聚合技術(shù)在骨小梁重建組織工程學(xué)上的應(yīng)用：
雙光子聚合技術(shù)在三維仿生結(jié)構(gòu)方面的研究探索，或?qū)⒃诮M織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得商業(yè)化應(yīng)用。
光子
光半導(dǎo)體和材料
在當(dāng)今的通信技術(shù)中，光子已成為信息的主要載體。在過去的幾十年里，如光子晶體和超材料的概念已經(jīng)打開了一個(gè)全新的材料類別。塑造光的流動(dòng)以及控制光子的動(dòng)態(tài)是光子研究的兩個(gè)關(guān)鍵問題。納米結(jié)構(gòu)材料的性能是這項(xiàng)研究活動(dòng)的重心。
鑄造－PDMS結(jié)構(gòu)復(fù)制
NanoScribe光子專業(yè)級(jí)GT打印機(jī)是復(fù)制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表面的理想工具。一旦復(fù)制設(shè)計(jì)的要求得到滿足，大面積的2.5D聚合物打印結(jié)構(gòu)可以在不同的材料被轉(zhuǎn)載。下面的SEM照片顯示典型的工作流程：
光子線鍵－芯片互連
長(zhǎng)紅外通信低損耗波達(dá)到1.55um，允許數(shù)據(jù)傳輸率超過5 Tbit / s的技術(shù)方法是光學(xué)互連的突破。
超材料
機(jī)械微晶結(jié)構(gòu)
NanoScribe打印出的微晶結(jié)構(gòu)已經(jīng)被證明，在許多研究領(lǐng)域，包括微波頻率電動(dòng)力學(xué)，光學(xué)，靜電傳導(dǎo)、聲學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和準(zhǔn)二維固體力學(xué)可以用做機(jī)械超材料，微觀上調(diào)節(jié)機(jī)械性能。
微桁架
輕如水，堅(jiān)如鋼鐵的微桁架結(jié)構(gòu)：
力學(xué)性能超過1000kg/立方米的陶瓷聚合物結(jié)構(gòu)，是名副其實(shí)的超材料。
微流控芯片
NanoScribe納米級(jí)的打印精度帶來(lái)流體控制學(xué)上的飛躍，包括泵體系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)流塊，過濾微裝置，以及其他微晶結(jié)構(gòu)等。
微型磁螺旋
這帶來(lái)了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的樂趣，利用3D打印的微型磁螺旋做為“搬運(yùn)工”來(lái)運(yùn)送和釋放材料。
微光學(xué)
2.5D表面
圖案、斜坡或球形等形狀可以自由選擇，甚至沿一個(gè)簡(jiǎn)單可靠的工作流實(shí)現(xiàn)自由曲面是可能的。
透射相位光柵用于彩色濾光片
NanoScribe不僅可以大量生產(chǎn)光學(xué)制品，實(shí)現(xiàn)高分辨率的空間模式，也可以直接集成到微型光學(xué)器件。
衍射光學(xué)元件
在打擊假冒偽劣的市場(chǎng)，光學(xué)衍射被用來(lái)做為鑒別真?zhèn)蔚募夹g(shù)，NanoScribe的精密線打印技術(shù)使得在一個(gè)光刻步驟中完成衍射彩色打印或衍射光學(xué)元件的制作。
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