[发明专利]基于微流控型双光子激光直写技术的超长三维纳米光纤制备系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于微流控型双光子激光直写技术的超长三维纳米光纤制备系统及方法，属于光学微纳米结构制备技术领域。该系统包括三维打印装置、光学成像装置和控制器；将设计好的纳米光纤导入控制器中，通过光学成像装置对打印的纳米光纤进行实时监测，并且调整激光聚焦位置；三维打印装置将聚焦后的飞秒激光照射至空芯光纤中的光敏复合材料，引发双光子聚合为纳米光纤，在泵的驱动下，纳米光纤随着光敏复合材料流动至显影腔体内，在显影液作用下，去除多余未聚合光敏复合材料，留下来制备好的纳米光纤。本发明发明采用微流控双光子直写技术，能够制备超长且具有复杂曲率的三维纳米光纤。

技术领域

本发明属于光学微纳米结构制备技术领域，尤其涉及一种基于微流控型双光子激光直写技术的超长三维纳米光纤制备系统及方法。

背景技术

纳米光纤以其损耗小、价格低廉、易于批量生产等优点，被广泛应用于探测、医疗、通信等各个领域，发挥着不可或缺的作用。纳米光纤的制造工艺和结构特性，纳米光纤对于光场的调制，以及微纳光纤对于输出光束的光束质量的影响等受到人们越来越多的关注。

尤其纳米光纤具有的独特物理机械性能，因而作为一维纳米材料已被广泛研究。其直径范围从几十到几百纳米不等，具有很高的表体比(即表面积与体积之比)，可用于复合材料中增强材料，传感应用中多孔材料，生物组织工程中支架等。然而，使用目前的技术(例如电子束雕刻或挤压)难以制造具有超长长度或复杂曲率3D结构的纳米光纤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微流控型双光子激光直写技术的超长三维纳米光纤制备系统及方法，以解决现有加工技术不能够制作超长长度或复杂曲率的三维纳米光纤的问题。该发明采用微流控双光子直写技术，能够编制超长且具有复杂曲率的纳米光纤(直线型或者螺线型等)。

本发明提供的系统能够使用双光子聚合制备100nm优良精度纳米光纤，且光纤长度不会受到限制。通过使用不同光聚合抗蚀剂(如水凝胶、纳米粒子掺杂物、导电聚合物抗蚀剂等)，能够制备各种功能性的三维纳米光纤。使用本公开系统和方法制备的纳米光纤能用于多方面应用，比如：3D光子传感，3D生物传感，多种复合材料中加固材料，湿度传感中多孔材料，生物工程中组织支架等。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

本发明的其中一个目的在于提供一种基于微流控型双光子激光直写技术的超长三维纳米光纤制备系统，包括三维打印装置、光学成像装置和控制器；所述的光学成像装置用于获取三维打印时的成像信息，所述的控制器连接三维打印装置和光学成像装置，用于控制三维打印装置和光学成像装置的开启和关闭，以及控制三维打印的过程；

所述的三维打印装置包括飞秒激光源、二向色镜、物镜、光敏复合材料基座、第一通道、显影腔体和抽气泵；

所述的物镜安装在显微镜Z平台上，通过显微镜Z平台实现物镜在垂直方向上的移动，二向色镜布置在飞秒激光源和物镜之间的光路上，光敏复合材料基座固定在物镜的正上方；所述的第一通道一端粘附在光敏复合材料基座上，另一端与所述的显影腔体连通，第一通道的内部用于流动光敏复合材料；所述的显影腔体上还设有第二通道和抽气口，抽气泵与抽气口连接；由飞秒激光源发射的飞秒激光束经二向色镜反射后入射至物镜，再经物镜准直、聚焦在固定于光敏复合材料基座上的第一通道内。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述系统制备超长三维纳米光纤的方法，包括以下步骤：

1)将空心光纤的一端固定在光敏复合材料基座的底部，固定端的纤芯延伸方向为水平方向，且固定端盖过光敏复合材料基座的中心位置；

将光敏复合材料滴加并吸附在光敏复合材料基座的底部，且滴加的光敏复合材料需灌满处于打印范围内的空心光纤的纤芯；