研究人員開發可擦除的新型光敏樹脂3D打印結構

        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劑輔助下900 nm光誘發自由基聚合交聯，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了精細3D結構的構筑及選擇性擦除。相關論文發表于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、以商業化丙烯酸為材質制備基座間線狀連接構件。基于含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。基于含ONB樹脂基座的700 nm光可擦除性，通過選區曝光可實現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化光刻膠優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勢。