3D打印的結構，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，不管是剛學寫字的小朋友，還是科學領域的研究者，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，風靡一時的3D打印技術也有一個痛點，那就是已經打印出來的結構如何能夠高分辨率地“擦除”不想要的部分？再來看看化學領域，反應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，有沒有可能把化學鍵的形成與斷裂引入到3D打印技術，從而實現(xiàn)打印結構的可逆“擦除”呢？

近日，德國卡爾斯魯厄理工學院（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打印微結構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結構的構筑及選擇性擦除。相關論文發(fā)表于Advanced Materials。

光敏樹脂結構及光控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 立方體結構，隨后采用700 nm波長激光對立方體進行選擇性結構擦除，最終獲得各種結構復雜3D結構器件。SEM測試表明，光擦除形成的微結構形貌具有光滑的邊緣結構和良好的空間規(guī)整性，在微流體器件等復雜微結構3D結構器件的制備方面具有優(yōu)異的實用性。

光控復雜3D微結構器件的制備。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)化丙烯酸為材質制備基座間線狀連接構件�；�于含ONB樹脂基體內的剩余反應性官能團，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微結構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
光刻膠其獨特的光交聯(lián)或光降解特性，使其在微結構制備領域有著廣泛的應用。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打印成型技術簡便實現(xiàn)了各種復雜3D微結構器件的構筑及成型器件的二次局部結構調控。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合材質微結構器件的制備中具有獨特的優(yōu)勢。