[发明专利]一种基于激光直写技术原位构建复合柔性微纳器件的方法

权利要求书

1.一种基于激光直写技术原位构建复合柔性微纳器件的方法，其特征在于，所述的复合柔性微纳器件是利用双光子激光直写技术，通过在柔性基底中打印出聚合不同纳米粒子和高分子组分的微型结构区域；

所述的基于激光直写技术的原位构建复合柔性微纳器件的方法，包括如下具体步骤：

(1)制备水凝胶基底柔性材料：将水凝胶前体溶液与交联剂、催化剂和引发剂混合，置于10～37℃成胶，并置于纯水中膨胀成数倍体积；

(2)通过绘图软件制备不同材料结合的结构区域的模型文件，导入成像软件中；

(3)第一次3D双光子激光打印：将膨胀后的水凝胶置于高激发态的功能性荧光团溶液中，使染料完全渗透进去水凝胶内部，再将水凝胶置于飞秒激光双光子加工平台上，利用软件控制平台移动，将设计好的3D结构利用双光子激光直写技术，以780nm波长飞秒激光作为光源，以高激光强度将第一种荧光团分子结合在水凝胶骨架上；

(4)第二次3D双光子激光打印：用低激发态的功能性荧光团溶液继续处理水凝胶一段时间后，利用双光子激光直写技术，将设计的图案以780nm波长，飞秒激光打印在基底上，以低激光强度将第二种荧光团分子结合在水凝胶骨架上；

(5)将水凝胶用纯水多次冲洗除去残留的荧光团分子后，依次加入与上述荧光团分子的活性基团分别反应的高分子或者纳米粒子，孵育1-3小时，从而在水凝胶原位选择性地结合不同粒子；

(6)随后用纯水多次冲洗水凝胶，以除去残留的高分子或者纳米粒子，再利用异质同向性，将水凝胶浸没于酸性溶液中缩水并干燥脱水，从而获得浓缩聚合的纳米粒子微纳图案结构，用于连接电极之间的复合柔性微纳器件。

2.根据权利要求1所述的基于激光直写技术原位构建复合柔性微纳器件的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的水凝胶前体溶液，成分为丙烯酰胺、丙烯酸钠、氯化钠、PBS和纯水的混合溶液；或者甲基丙烯化的透明质酸钠、胶原、丝素、明胶水凝胶溶液，浓度为5-20％w/v。

3.根据权利要求1所述的基于激光直写技术原位构建复合柔性微纳器件的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，其在混合溶液中的浓度为0.01-1％w/w；催化剂为过硫酸铵，其在混合溶液中的浓度为0.1-0.5％w/w；引发剂四甲基乙二胺，其在混合溶液中的浓度为0.1-0.5％v/v。

4.根据权利要求1所述的基于激光直写技术原位构建复合柔性微纳器件的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的高激发态的功能性荧光团为带有活化NH₂-、Melamine-、Azide-、DBCO-、SH-、Biotin-的AFdye、Cy5荧光团分子中的一种，或者Biotin-4-Fluorescein；荧光团浓度为100μM-200μM。

5.根据权利要求1所述的基于激光直写技术原位构建复合柔性微纳器件的方法，其特征在于，步骤(4)中所述的低激发态的功能性荧光团为带有NH₂-、Melamine-、Azide-、DBCO-、SH-的Fluorescein、Cy3中的一种；荧光团浓度为500μM-2mM。

6.根据权利要求1所述的基于激光直写技术原位构建复合柔性微纳器件的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的高激光强度，输出激光光强范围为12-20％；步骤(4)中所述的低激光强度，输出激光光强范围5-9％。

7.根据权利要求1所述的基于激光直写技术原位构建复合柔性微纳器件的方法，其特征在于，步骤(5)中所述的高分子或者纳米粒子为抗体、蛋白、DNA，或者是石墨烯、CNT、Qdots、纳米金、纳米银其中的两种，并且带有与荧光团分子活性基团反应的相应结构单元，即NHS-、SH-、DBCO-、Azide-、Melamine-、Streptavidin-。

8.根据权利要求1所述的基于激光直写技术原位构建复合柔性微纳器件的方法，其特征在于，步骤(6)中所述的酸性溶液为盐酸、醋酸、柠檬酸中的一种，浓度为0.5-1M。

9.根据权利要求1所述的基于激光直写技术原位构建复合柔性微纳器件的方法，其特征在于，步骤(3)中将膨胀后的水凝胶置于高激发态的功能性荧光团溶液中1小时，激光功率为128mW，用低激发态的功能性荧光团溶液继续处理水凝胶30分钟。