飞秒激光结合自组装复合加工技术研究取得新进展

来源：科匠学术

中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程实验室利用飞秒激光引导毛细力自组装复合加工方法实现了手性可控三维微结构和三维金属纳米间隙结构的灵活制备，并实现了在涡旋光手性检测和高灵敏度生化检测方面的应用。相关研究于近期分别发表在Advanced Materials （2020, 32, 2002356）和Advanced Functional Materials（2020, 30, 1909467）上。

手性微结构在光学和力学等领域具有重要的应用潜力，可以用于构筑多种多样的光学和力学超材料。目前三维手性微结构的灵活、可控制备仍存在诸多困难。微纳米工程实验室研究团队将飞秒激光直写与毛细力驱动自组装技术相结合，通过调控微结构的空间排布、结构尺寸等参数，引导毛细力的方向和大小，成功制备了多层级手性微结构，并展示了该方法高度的灵活性和可扩展性。（图1）

图1. (a) 飞秒激光直写结合毛细力驱动自组装复合加工示意图；(b)期刊封底；(c-d)典型的自组装手性微结构。

此外，研究团队还利用这种飞秒激光复合加工方法成功制备了三维金属纳米间隙结构，并实现了典型表面增强拉曼光谱SERS标的物R6G和抗癌药物DOX的高灵敏度检测。该研究为非平坦表面上构建金属纳米间隙结构提供了一种新的方法，有望将基于微流体的表面增强拉曼光谱检测技术应用于精准医疗、实时在线检测等领域。（图2）

图2. (a) 不同的结构的表面拉曼增强光谱；(b)结构类型对SERS光谱的影响关系。

中国科学技术大学微纳米工程实验室在飞秒激光复合加工方面开展了长期的系统性研究。在前期工作中，通过将飞秒激光直写与毛细力自组装技术结合，开发了新型的飞秒激光复合加工方法，实现了复杂多层级聚合物结构的制备，并在微物体操纵[PNAS 2015, 112, 6876; ACS Nano 2018, 12, 10142]、微粒制备[ACS Nano 2015, 9, 12060]、微光学[Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1701939]、仿毛细血管微通道制备[Small 2017, 13, 1603957]等多个领域开展了应用研究。