双光子聚合三维微纳米加工系统

德国汉诺威激光中心纳米技术部门：    

自1986年德国汉诺威激光中心(Laser Zentrum Hannover e.V)成立以来，该中心一直致力于激光技术领域的研究和应用工作，现在已是科研领域著名的激光研究中心，也是全欧洲只专注于激光应用的研究所之一。2004年该中心成立了纳米技术部门(Nanotechnology Department), 主要研究工作是研发应用于光子学，微流体，微机电，防生以及生物医学工程领域的激光微纳米加工新技术：双光子聚合微纳米加工(2PP Micro-Nano Fabrication)。

为了保证激光纳米加工技术领先地位以及提供全套的微纳米加工解决方案(包括特殊适合于2PP微纳加工材料)，该纳米技术部门细分为Biofabrication, Nanolithography, Nanomaterials, Nanophotonics, Laser Micromachining五大部门。

2PP双光子聚合微纳米加工技术：

随着微纳科学与技术的发展，以形状尺寸微小或操作尺寸极小为特征的微电子机械系统（MEMS）纳电子机械系统（NEMS），已成为现代科学技术的一项重要高新技术。许多前沿科学的进步和高新技术的突破都来源于微结构加工精度的提高，例如，微电子学技术的发展，更高的运算速度和更强大的功能要求大规模集成电路向更微型化的方向发展。精密微加工在航空航天，精密机械，生物医学等领域有着广泛的应用潜力。另外，微结构在基础科学研究中也占有举足轻重的地位，成为纳米技术研究的重要手段，因而受到各个国家的高度重视。过去微加工研究主要集中在微电子学器件方面，今天在其他领域的研究和应用正迅速发展，它包括生物研究领域的微型操作器，微型反应器，微机电系统，微型光电器件等。

由于不同领域对微加工工艺的要求不同，以及不同的材料有不同的加工技术，各种微加工技术迅速发展。在微纳米尺度范围内，已经有许多成熟的微加工技术，其中占据最主要地位的就是光刻技术（Photolithography），此外还有其他技术如纳米压印技术（embossing or imprinting），注射喷墨成型（injection molding）等。

激光的出现为人们在加工领域开辟了新篇章，由于激光具有强度高，相干性和方向好等特点，在材料加工领域具有加工精度高，操作简单，加工速度快等优势，所以很快在加工工业得到广泛的应用。特别是飞秒脉冲激光出现以来，由于其具有超快时间和超高峰值特性等许多新奇特性，它能将能量快速，准确的几种在作用区域，实现对几乎所有材料的非热熔性冷处理，获得传统激光加工无法比拟的高精度，低损伤等优势。飞秒激光这些独特优势使得它在材料的微细加工，微纳结构制作，光子器件，高密度存储，医疗和生物工程方面得到广泛的应用。

双光子聚合三维微纳加工是一种非常有效的微制造技术，该技术是一种非线性的双光子吸收过程，在超短激光脉冲分子存在下可以同时吸收两个或两个以上的光子，从而使得聚合材料在激光的焦点。此技术可以产生纳米级别（最好可到10nm)的制造分辨率！为了发挥双光子聚合固有的高分辨率，需要高精度定位系统，如压电器件控制的操作台和扫描振镜。德国汉诺威激光中心（Laser Zentrum Hannover eV)开发了一套自成体系的，可移动的微纳米尺度3D制造系统。该系统集成了一系列飞秒激光器，快速小区域刻写的扫描振镜和超高精度电动线性定位系统。该定位系统具有三轴，每轴行程10cm，该3D系统还有一个旋转轴，可以加工曲面圆柱体结构。

LZH M3D微纳米三维加工系统：

M3D三维激光直写系统是一款商业化的基于创新的2PP双光子光敏材料聚合微纳加工技术的设备, 可用于在大范围大尺寸快速地灵活地生成复杂的高质量微纳米尺度2D/3D结构。此款系统已经在欧美众多的微纳米加工实验室使用。

Features:

• 高稳定安全防护集成设计

• 超高分辨纳米到大尺度厘米加工

• 快速精准的扫描振镜系统

• 0.5nm精度大范围纳米定位工作台

• WOW技术制作高精度大尺寸器件

• 人性化设计方便操作维护

• 开放性软件系统允许用户编程设计

• 未来多项可现场升级技术

Applications:

• 微纳米光子学研究

• MEMS/NEMS

• 微流体研究

• 生物医学工程

• 三维自由曲面构建

• 二维表面微纳加工

Bio-grating for test of cell adhesion

SEM images of Micro-Optical elements are fabricated by 2PP

SEM images of photonic crystals are created in Ormocers

SEM images of photonic crystals are created in SU8

A 3D split-ring matematerial structure, fabricated using a metal-binding hybrid polymer composite.

SEM image show a movable windmill fabricated by 2PP in organically modified ceramics.

This SEM image shows microneedles for drug delivery fabricated by 2PP of Ormocers. The microneedles exhibit appropriate mechanical properties and can penetrate skin without fracturing.

(a) SEM image of 636 grid structure. (b) SEM image of ‘‘Tokyo Sky tree’’. Both structured are fabricated by WOW-2PP with 1003 high-magnification microscope objective. 2PP, two-photon polymerization; SEM, scanning electron microscope.