麻省理工新型工艺可将3D打印结构缩小到纳米级

麻省理工学院从未对其开创的尖端项目和技术感到惊讶。该学校的最新项目令人印象深刻：研究人员设计了一种将3D打印结构缩小到纳米级的方法。该技术使用可访问的技术，据报道能够创建由各种材料制成的物体，包括金属、量子点甚至DNA。

这项创新技术最近发表在《Science》（科学）杂志上，该创新技术包括使用激光打印聚合物支架结构，将其他材料附着到支架上然后收缩。该研究小组表示，它能够缩小物体，使其成为原始体积的千分之一。

“这是一种将几乎任何一种材料都以纳米级精度放入3D模型的方法。这种新技术可用于制造纳米结构，用于光学、医学和机器人等领域。”资深作者Edward Boyden解释说，他是Y. Eva Tan神经技术教授，麻省理工学院生物工程和大脑与认知科学副教授。

尽管有这么简单的解释，但在这个过程中还有更多的事情要做。有趣的是，这个过程是对几年前Boyden教授和他的学生开发的用于脑组织高分辨率成像的先前技术的改编。这种称为扩增显微镜的原始技术涉及将组织嵌入水凝胶结构中然后使其膨胀。该过程现在广泛用于生物学研究。

在最近的项目中，麻省理工学院的团队有效地扭转了扩张过程，从嵌入膨胀水凝胶中的大型物体开始，然后将它们缩小到纳米尺度。这种新工艺被称为“内爆制造”。

通过使用基于聚丙烯酸酯的吸收材料来构建支架来实现收缩，然后将支架沐浴在含有荧光素分子的溶液中，所述荧光素分子在被激光激活时将自身附着到支架上。更确切地说，使用双光子显微镜将荧光素分子附着到水凝胶结构内的特定位置。这些分子最终起到可以与其他类型分子结合的锚点的作用。

“你可以用光线将锚固在你想要的地方，然后你可以将任何你想要的东西附在锚上，”Boyden教授解释道。 “它可能是一个量子点，也可能是DNA片段，也可能是一个金纳米粒子。”

该研究的主要作者Daniel Oran补充说：“这有点像电影摄影——潜像通过将敏感材料暴露在光线中而形成。然后，您可以通过附加另一种材料，然后将该潜像发展成真实图像。通过这种方式，内爆制造可以产生各种结构，包括渐变，未连接的结构和多材料图案。”

一旦分子附着到所需位置，通过简单地添加酸就可以收缩整个结构。这种酸阻断了聚丙烯酸酯凝胶的负电荷，导致材料收缩，因为它的分子不再相互排斥。收缩过程可以使结构成为原始尺寸的千分之一，是生产高分辨率，密集结构的理想选择。

在其研究中，麻省理工学院的团队成功地创建了大约1立方毫米，分辨率为50纳米的物体。目前，如果物体的尺寸稍大（约1立方厘米），它们也能够实现约500纳米的分辨率。研究人员补充说，随着进一步的进步，该过程的解决方案将得到改善。

在应用方面，麻省理工学院的团队认为该工艺可用于光学领域，用于研究光学特性的透镜，以及制造用于显微镜、内窥镜或智能手机相机的更小且质量更高的透镜。此外，该技术还可用于为机器人构建纳米级电子设备。

“你可以做各种各样的事情，”Boyden教授总结道，“自主化纳米制造可能会打开我们无法想象的前沿。使用激光，您可以在许多生物实验室中找到，您可以扫描图案，然后沉积金属、半导体或DNA，然后缩小它。”

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