超细光纤为3D打印微结构提供了新方法

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研究人员首次发现，像人头发一样纤细的光纤可以用基于激光的3D打印制造微观结构。有一天，这种创新的方法可能会被应用在内窥镜上，将微小的生物相容性结构直接植入体内的组织中。这种能力可以使修复组织损伤的新方法成为可能。 6nc0=~='$  
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“随着进一步研究发展，我们的技术可以成为一种内镜微加工工具，在手术过程中是有价值的，”研究小组组长Paul Delrot说，他是来自瑞士洛桑联邦理工学院。“这些工具可以用来印刷微型或纳米尺度的三维结构，促进细胞的粘附和生长，从而产生修复受损组织的工程组织。” F%Kp9I*  
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在美国光学学会（OSA）《Optics Express》杂志上，研究人员表明，他们的新方法可以创建一个1.0微米横向结构（侧）和21.5微米轴（深度）打印分辨率。虽然这些微结构是在显微镜下制作的，但这种方法可能有助于研究细胞与动物模型中各种微结构的相互作用，这将有助于为人们进行内窥镜打印铺平道路。 s_xV-C#q@  
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创建组织结构的过程，研究人员将光纤的一端插入称为光固化材料或治疗中，并利用特定波长的光进行照射实现。他们使用光纤传送并将激光逐点聚焦到液体中，从而形成一个三维的微观结构。 k5wi'  
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通过将精致的细节印刷到大的零件上，新的超小型微细加工工具也可以成为当今市面上可用的3D打印机的一个有用的附件，用于快速原型制造和个性化医疗设备应用。通过使用一个打印头的分辨率很低的散装件和作为一个用于打印细节的打印机头部件，可以实现多分辨率的添加剂制造，”Delrot说。 -/zp&*0gcx  
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简化的安装程序 inZi3@h)T  
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目前基于激光的微细加工技术依赖于一种非线性光学现象，称为双光子聚合，以选择性地固化液体感光材料内部的一个部分。这些技术很难用于生物医学应用，因为双光子光聚合需要复杂而昂贵的激光器，它们发射极短的脉冲，以及需要笨重的光学系统来传送光。 Ssw&'B|o  
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我们小组拥有通过光纤操纵和整形光的专门知识，这使我们认为微结构可以用一个紧凑的系统来印刷。此外，为了使系统更加经济实惠，我们利用一个非线性剂量响应聚合物。这可以用一个简单的连续波激光，而不需要昂贵的脉冲激光器设备，”Delrot说。 DKTD Z*  
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为了选择性地治愈特定体积的物质，研究人员利用了一种化学现象，这种现象只在一定强度的阈值以上才发生。通过光扫描参数和材料的行为进行了详细的研究，研究人员发现最佳的参数使用这种化学现象进行打印，使用的是低功耗、廉价的连续发射激光器（而非脉冲）。 F;pQ\Y  

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创建空心和实心结构，研究人员使用了现成的化学成分的光引发剂掺杂有机聚合物前驱体。他们把连续波激光发射到波长为488纳米的可见光波长，这对于通过一根足够小的光纤来容纳注射器的细胞来说是安全的。使用称为波前整形他们能够聚焦光线在光致聚合物，只有一个小的三维点治愈的方法。在微加工之前执行校准步骤，使它们能够在不移动光纤的情况下通过超薄光纤对激光进行数字化聚焦和扫描。 .9OFryo  
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“相比于双光子聚合的最先进的系统，我们的设备有一个粗糙的印刷分辨率，然而，这对于研究细胞间的相互作用可能是足够的，不需要笨重的光学系统也不昂贵的激光脉冲，”Delrot说。“由于我们的方法不需要复杂的光学元件，所以它可以适用于当前的内窥镜系统。 y+A{Y  
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研究人员正在开发生物相容性材料和紧凑的光传输系统，它是用于人体的必要的技术。还需要更快的扫描速度，但在仪器尺寸不太关键的情况下，通过使用商业内窥镜代替超薄纤维可以克服这一限制。最后，需要一种技术来完成和处理体内的印刷结构，以创建具有生物医学功能的微结构。 nS.2C>A  
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“我们的工作表明，三维结构可以不需要聚焦高功率飞秒脉冲激光技术就实现，”Delrot说。“使用不太复杂的激光器或光源将使添加剂制造起来更容易，并创造出新的应用机会，如我们演示的那样。”  &+G;R  
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  原文来源：https://phys.org/news/2018-01-ultra-thin-optical-fibers-d-microstructures.html（实验帮译）