基于双光子(2PP)的水凝胶3D打印研究分析

更新时间: 2021-08-03 15:22:50 查看次数: 320

1930年，迈耶夫人在她的博士论文中利用纯理论的方法推导出了“在特定条件下双光子吸收是可能发生的”。直到1961年，当激光被人们广泛运用时才验证了这一猜想。
1999年，Cumpston等利用高功率激光和含有新引发剂的双光子可激发树脂证明了双光子打印的可行性，并成功打印了纳米精度的结构。
2001年，Kawata等发表《Nature》杂志上的报告成为了双光子打印的里程碑。他们在实验中打印了一个长度为10μm，高度为7μm的模型牛，这也是有史以来最小的动物模型。在这个工作中，他们成功突破了衍射极限，将打印精度提高到120nm，并阐述了高分辨率的原因在于双光子聚合的临界值，该工作也表明低临界值可以进一步提高双光子聚合的精度。

(a)常规双光子打印装置的示意图。(b)Kawata 利用双光子技术打印的公牛模型。(c)双光子技术打印水凝胶支架并进行生物实验。

一台双光子打印机主要飞秒激光脉冲系统和亚微米级精度运动平台组成。飞秒激光器用于产生600-1000nm的激光，而运动平台用来承载打印材料和三维聚焦扫描。一般来说，双光子打印机常用的材料为光刻胶，但最近也开始有研究者利用双光子打印超高精度的水凝胶结构，开发高性能的光敏水凝胶，既可以扩大水凝胶的应用范围，又能给许多微技术提供新功能。

Ovsianikov等以PEGDA为载体，通过双光子打印技术制备了多孔的三维水凝胶支架，并通过激光诱导转移技术将细胞植入水凝胶支架中。双光子打印和激光诱导转移结合为实现微尺度上的三维多细胞组织构建提供了一条途径。在另一项工作中，Xing等人以分子量为700 Da的PEGDA为单体和交联剂，制备了类似于细胞支架的木桩结构水凝胶。他们将水凝胶的激光阈值能量大幅降低，分辨率大幅提高。这项工作提供了一种绿色和方便的方法，通过双光子打印在水介质中制造三维水凝胶。