供稿人:朱曉陽，蘭紅波 發(fā)布日期：2018-03-10
加州大學(xué)河濱分校環(huán)境毒理學(xué)及化學(xué)系的Quan Cheng團(tuán)隊(duì)采用立體光固化成型（SLA）3D打印技術(shù)，結(jié)合拋光等后處理工藝制造出高質(zhì)量和可定制化的棱鏡，并將其應(yīng)用于光學(xué)生物傳感領(lǐng)域。這是首次探索采用3D打印技術(shù)制造用于無標(biāo)記物生物傳感的光學(xué)器件，對(duì)于低成本、快速制造光學(xué)元件和光學(xué)生物傳感器等精密器件（產(chǎn)品）具有重要意義。
首先，他們以甲基丙烯酸低聚物，甲基丙烯酸單體和光引發(fā)劑的混合物為打印材料，打印出等邊棱鏡結(jié)構(gòu)（如圖1所示），其透光率類似于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。隨后，通過濕法砂光及臺(tái)式拋光輪打磨處理，棱鏡整體表面粗糙度RMS達(dá)到 23 nm。最后，采用電子束蒸發(fā)工藝在一棱鏡面上蒸鍍一層50 nm的金薄膜，制備出表面等離子體共振傳感器（如圖1A所示）。測(cè)試結(jié)果表明，3D打印的棱鏡具有較高的折射率，堪比工業(yè)高折射率玻璃；且由3D打印棱鏡制成的表面等離子體共振傳感器的靈敏度可達(dá)177.6° RIU-1（折射指數(shù)單位），與由BK7及SF2棱鏡制成的表面等離子體共振傳感器的靈敏度相近。
圖1 3D打印表面等離子體共振傳感器的制造過程及傳感器表面形貌
為了進(jìn)一步驗(yàn)證3D打印棱鏡制備表面等離子體共振傳感器的實(shí)際應(yīng)用效果，采用該工藝制備的表面等離子體共振傳感器對(duì)細(xì)菌霍亂毒素進(jìn)行了檢測(cè)分析，其測(cè)試分析的結(jié)果與由BK7及SF2棱鏡制成的表面等離子體共振傳感器對(duì)霍亂毒素的測(cè)試分析結(jié)果類似（如圖2所示）。
圖2 霍亂毒素的表面等離子體共振傳感分析
此外，該團(tuán)隊(duì)采用3D打印光學(xué)技術(shù)制造了道威棱鏡，并結(jié)合原位聚多巴胺介導(dǎo)的生長(zhǎng)機(jī)理，將金納米粒子直接制備到棱鏡的寬面上（如圖3所示），制備出表面等離子體共振傳感器。該工藝采用3D打印技術(shù)制造光學(xué)棱鏡的同時(shí)，采用原位聚多巴胺介導(dǎo)生長(zhǎng)將金納米粒子制備到棱鏡面上，代替電子束蒸發(fā)工藝在棱鏡面上蒸鍍金薄膜，從而使得整個(gè)工藝過程無需潔凈室設(shè)施和真空設(shè)備，大大提高了環(huán)境適用性及降低了制造成本。
圖3 道威棱鏡的制造
與傳統(tǒng)光學(xué)器件制造工藝相比，盡管3D打印光學(xué)器件在分辨率等方面還有待提高。但是，利用3D打印技術(shù)制造光學(xué)元件具有高效和低成本的顯著優(yōu)勢(shì)，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)一次性和定制化光學(xué)組件快速制造。隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，未來3D打印技術(shù)將會(huì)在光學(xué)器件和傳感器制造等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。