維爾紐斯大學發(fā)布開創(chuàng)性多光子3D光刻技術指南

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)表了首篇關于多光子3D光刻（MP3DL）的綜合性技術指南。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，該技術可用于構建特征尺寸小于100納米的復雜三維自由曲面結構，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構。

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�！�

△相關研究名稱“多光子3D光刻技術”（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、校準方法及術語。而這本指南通過明確解釋關鍵參數(shù)、概述可重復性標準并統(tǒng)一術語，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)地闡述了這項技術背后的所有原理，并揭示了許多原創(chuàng)研究論文中經常被忽視的重要細節(jié)。”

文章中區(qū)分了相同設備內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構的失效模式。

△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至關重要。

△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、自適應體素調整及自動參數(shù)選擇。未來將結合機器學習，實現(xiàn)打印參數(shù)的實時調控，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的局限性，包括分辨率與吞吐量之間的權衡、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。