微纳金属3D打印技术应用：AFM探针？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-05-13 11:18 标签： api激光干涉仪

几百年来，人们一直用光学显微镜观察微观和探索眼睛看不到的世界，与19世纪的 显微镜相比，现在我们使用的普通光学显微镜功能多、自动化程度高、放大倍数高。光学显微镜已经达到了分辨率的极限，对于使用可见光作为光源的显微镜，它的分辨率只能达 到光波的半波长左右，它的分辨率极限是0.2^，任何小于0. 2pLm的结构都没法识别出 来，使人类的探索受到了限制。因此，提高显微镜分辨率的途径之一是设法减小光的波长。

进入20世纪，光电子技术得到了长足的发展，采用电子束来代替光是很好的主意。 根据德布罗意的物质波理论，运动的电子具有波动性，而且速度越快，它的“波长”越 短。如果能把电子的速度加到足够快，并且汇聚它，有可能用来放大物体。当电子的速 度加到很高时，电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9m)，使很多在可见光下看不见 的物体在电子显微镜下显现了原形。因此，电子显微镜是20世纪*重要的发明之一凶。

1938年德国工程师Max KnoU和Ernst Ruska制造出了世界上*台透射电子显微镜 ，透射电子显微术是利用穿透薄膜试样 的电子束进行成像或微区分析的一种电子显微术。可获得高度局部化的信息，是分析晶体 结构、晶体不完整性、微区成分的综合技术。

1952年英国工程师制造岀了*台扫描电子显微镜(SEM)O扫描 电子显微术电子束以光栅状方式照射试样表面，分析入射电子和试样表面物质相互作用产生的各种信息来研究试样表面微区形貌、成分和晶体学性质的一种电子显微技术。

1983年IBM公司苏黎世实验室的两位科学家发明了所 谓的扫描隧道显微镜。这种显微镜比电子显微镜更超前，它完全失去了传统显微 镜的概念。隧道扫描显微术是利用量子隧道效应 的表面研究技术。能实时、原位观察样品*表面层的局域结构信息，能达到原子级的高分辨率⑴。它没有镜头，使用一根探针，探针和物体之间加上电压。如果探针距离物体表面 很近，大约在纳米级的距离上，隧道效应*会起作用。电子会穿过物体与探针之间的空 隙，形成一股微弱的电流。如果探针与物体的距离发生变化，这股电流也会相应改变。这 样，通过测量电流我们*能知道物体表面的形状，分辨率可以达到单个原子的级别。电子 显微镜的分辨率已达到0.l~0.3nm,即与金属点阵中原子间距相当。

几十年来，随着新型电子显微镜的问世，形成了透射电子显微镜(TEM)、扫描电子 显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)、场离子显微镜 (FTM)、扫描激光声成像显微镜(SPAM)等电子显微镜家族。并在EBSD、探针、激光 探针、俄歇能谱仪等表面分析技术的配合下，使金相分析技术发展到一个新的阶段。电子 金相技术可对金属材料的断口形貌、组织结构以及微区化学成分等进行综合分析与测定, 进而对金属材料及其工件的质量控制、失效分析、新材料与工艺的研制等发挥着十分重要的作用。

因具有高分辨率、可实现复杂结构精细打印的特点，DLP光固化3D打印技术已在生物制造领域大放异彩。目前，其已被用于多种组织的重建或修复研究，包括脊髓、周围神经、血管等。现行DLP生物制造研究主要在体外进行组织的构建，经过一定时间培养后植入体内，这往往会造成二次创伤。若能通过微创方式在皮下直接进行3D打印将大大降低医源性创伤带来的风险。

通常，DLP墨水的光引发剂需要通过紫外、蓝光或可见光激发(图1)。这些光波的组织穿透能力差，难以实现皮下固化。波长780～2526nm的不可见近红外(NIR)光可以穿透深层组织，并已用于药物控释、光动力疗法、光热疗法、体内成像等，是一种广泛使用的组织穿透性光波。若想实现NIR固化生物墨水，就需要适配的光引发剂。上转换材料可将近红外光转化为紫外/可见光，将其与普通DLP光引发剂结合使用即可实现生物墨水的NIR固化。

近日，四川大学的苟马玲研究员、钱志勇教授和魏霞蔚教授团队通过蓝光引发剂LAP包裹上转换纳米粒子制备了核-壳结构纳米光引发剂(UCNP@LAP)。依托该光引发剂开创性地实现了皮下原位DLP打印。相关研究论文：Noninvasive in vivo

图1 光固化生物打印常用光引发剂及其激发波段

图2 基于UCNP@LAP核-壳结构纳米光引发剂的近红外皮下DLP打印

上转换材料是一种能实现上转换发光的材料。所谓上转换发光，指的是材料受到低能量的光激发，发射出高能量的光，即将吸收的长波长、低频率光转换为短波长、高频率光。

上转换材料由无机基质及镶嵌在其中的稀土掺杂离子组成，通过调节无机基质及掺杂稀土离子组成、比例可将近红外激发光转化为紫外或可见光。

研究人员通过改进的方法合成了水性上转换材料纳米粒子(UCNPs)，该上转换纳米粒子可在水溶液中稳定分散且表面带正电荷，通过与带负电荷LAP间的静电吸附作用制备了核-壳结构的UCNP@LAP纳米光引发剂(图3A)。与上转换材料/LAP直接混合相比，这种核-壳结构有效提高了近红外光的激发效率。同时，由于LAP的包裹，UCNP发射出的紫外光被LAP屏蔽吸收(图3D)，降低了对细胞的损伤。

模拟皮下DLP打印测试

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