[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

说明书

本发明涉及微纳器件技术和激光微制造领域，主要涉及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。其是根据不同荧光分子被激发电子跃迁所需的脉冲激光强度不同的原理，利用双光子激光直写技术在柔性材料中原位构建复合微纳器件的不同结构域的一种新方法，分别用两种带不同活性基团的荧光团溶液处理水凝胶，根据设计的微图案，分别通过高、低能量的双光子脉冲激光激发从而聚合在水凝胶基底；随后用两种可分别与上述基团结合的纳米材料处理微图案，从而特异性地选区结合在不同区域，再经脱水缩小后，从而形成微纳尺度的复合器件结构。本发明的方法可一步构建复合柔性微纳器件，工艺简单、形成效率高、加工精细度高、应用前景广。

技术领域

本发明属于微纳器件技术和激光微制造领域，本发明涉及一种基于激光直写技术的原位构建复合柔性微纳器件的方法。

背景技术

具有特殊微纳结构的金属材料能以其独特的光学和电学性质，在超材料、电子器件、纳光子器件、催化等诸多领域展示出了重要应用前景。目前，金属微纳结构的可控制备方法，包括化学合成、自组装、光刻、聚焦离子束加工、以及3D打印等。然而，这些加工手段也同时在可控制备与集成、精细度、多材料复杂结构等方面仍存在一些不足，面临着巨大的挑战。

目前，多光子飞秒脉冲激光直写技术，作为一项先进的三维微纳制造加工手段，已经实现多种类材料三维微纳结构的可控加工，并且显示出了易于集成、无掩膜、任意形状可设计、高分辨率、可以在超快过程中获得微纳尺度的加工分辨率等独特优势。飞秒激光直写技术的快速发展，促进了功能金属微纳器件的制备，近年来在生物工程、航空航天、国防等领域得到了快速的发展和广泛的应用。

然而，直到目前为止，多光子飞秒脉冲激光直写技术，一次只能加工单一的一种材料，或者单纯地把两种材料混合后加工，难以在一次加工过程中实现两种以上的不同材料的精细制造。如果能在微纳尺度上快速构建复杂的多种器件单元，将在开发光电子器件、纳米元件、传感器、生物医学等领域具有极大的应用价值。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种基于激光直写技术的原位构建复合柔性微纳器件的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于激光直写技术的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可以聚合不同纳米粒子和高分子组分的微型结构区域。

上述一种基于激光直写技术的原位构建复合柔性微纳器件的方法，其特征在于，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1小时，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，激光功率为128mW，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30分钟后，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，依次加入可以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；