維爾紐斯大學發(fā)布開創(chuàng)性多光子3D光刻技術(shù)指南

2025年4月22日,，南極熊獲悉,，由立陶宛維爾紐斯大學（Vilnius University）牽頭的跨學科研究團隊近日在《Nature Reviews》期刊上發(fā)表了首篇關(guān)于多光子3D光刻（MP3DL）的綜合性技術(shù)指南。這項工作由該校物理學院激光研究中心（Laser Research Center, LRC）協(xié)調(diào)組織,，合作團隊涵蓋來自美國,、德國以及日本的專家學者。

△MP3DL的最新研究成果

MP3DL的核心原理基于多光子吸收誘導的局部光化學反應,，通常通過超快激光脈沖實現(xiàn),。這一機制可實現(xiàn)極高的能量空間約束，從而實現(xiàn)納米級精度的材料交聯(lián),。據(jù)研究人員指出,，該技術(shù)可用于構(gòu)建特征尺寸小于100納米的復雜三維自由曲面結(jié)構(gòu)，廣泛應用于納米光子學,、生物醫(yī)學支架,、微光學器件等高端領域。

△維爾紐斯大學是波羅的海地區(qū)在光子學和激光科學領域具有領先地位的研究機構(gòu)之一,。此次研究由激光微加工領域的領軍人物Mangirdas Malinauskas教授主導

該技術(shù)指南詳細介紹了MP3DL的實驗實現(xiàn)方法,，涵蓋振鏡掃描系統(tǒng)、壓電平臺以及高數(shù)值孔徑（NA）顯微透鏡的協(xié)同作用,。文中重點探討了體素（voxel）控制策略,、負性光刻膠的曝光閾值特性，以及材料在高強度飛秒激光照射下的非線性響應行為,。這類精密控制機制使得研究人員能夠在不引發(fā)熱損傷的情況下,，高效地制造出復雜的微納結(jié)構(gòu)。

Mangirdas Malinauskas教授指出：“我們從一開始就具有獨創(chuàng)性,，因為我們使用的是發(fā)射綠光的立陶宛激光器,，而大多數(shù)其它研究人員使用的是紅外激光器。研究團隊對波長的選擇需要不同的工藝參數(shù),，并幫助建立了現(xiàn)在在入門書中記錄的替代制造方案,。”

△相關(guān)研究名稱“多光子3D光刻技術(shù)”（傳送門）

解決可重復性和方法論碎片化問題

在此出版物發(fā)布之前,，MP3DL研究領域各自為政,，各實驗室和供應商通常采用不同的假設、校準方法及術(shù)語,。而這本指南通過明確解釋關(guān)鍵參數(shù),、概述可重復性標準并統(tǒng)一術(shù)語，為這個領域帶來了所需的一致性,。

Malinauskas教授補充道：“我們的這本入門書是多光子3D光刻領域的開創(chuàng)之作,。它系統(tǒng)地闡述了這項技術(shù)背后的所有原理,，并揭示了許多原創(chuàng)研究論文中經(jīng)常被忽視的重要細節(jié)�,！�

文章中區(qū)分了相同設備內(nèi)以及不同儀器之間的可重復性問題,。另外，指南中還提供了針對環(huán)境溫度與濕度控制,、激光輸出穩(wěn)定性表征,，以及如何在樣品制備過程中避免顯影階段產(chǎn)生毛細管應力的詳細指導。此外,，文中還記錄了如何利用臨界點干燥技術(shù)與低表面張力溶劑的使用,，以解決通常影響高縱橫比納米結(jié)構(gòu)的失效模式。

△強度空間分布和閾值

光學,、微流體和機器人領域的記錄應用

指南中描述的制造性能包括使用先進的掃描配置,，實現(xiàn)在22納米線寬下的打印精度，并且具備每秒高達1.48×10⁸ 體素的吞吐量,。報告中提到的應用領域涵蓋了光子晶體,、光學超材料、折射與衍射微光學器件,、用于生物醫(yī)學輸送的微型機器人以及功能化微流體系統(tǒng),。

相關(guān)研究還探討了材料在可編程剛度、低自發(fā)熒光和生物活性表面化學方面的兼容性,，這些特性對于開發(fā)光學傳感器和細胞相互作用基質(zhì)至關(guān)重要。

△MP3DL的應用示例

MP3DL已納入維爾紐斯大學所有學位課程,，學生可參與基于實驗室的制造與性能分析課程,，進一步推動立陶宛在光子學與增材制造領域的專業(yè)發(fā)展。當前研究聚焦于曝光協(xié)議優(yōu)化,、自適應體素調(diào)整及自動參數(shù)選擇,。未來將結(jié)合機器學習，實現(xiàn)打印參數(shù)的實時調(diào)控,，并提升對新型混合光刻膠的適配能力,。

最后，這項研究還評估了當前技術(shù)的局限性,，包括分辨率與吞吐量之間的權(quán)衡,、材料特異性限制，以及大規(guī)模制造中可能出現(xiàn)的拼接誤差,。