清华大学精密仪器系孙洪波教授、林琳涵副教授课题组提出了利用光生高能载流子调控纳米材料的表面化学活性，实现基于化学键合的纳米粒子三维激光装配新技术。

基于这项技术，研究团队展示了多种不同纳米粒子的复杂三维结构和异质结构，实现了超越光学衍射极限的高精度激光微纳制造，为微纳功能器件的制备提供了新思路。

该成果于9月2日发表在《科学》（Science）期刊上，标题为“光激发诱导化学键合实现半导体量子点3D纳米打印”（3D Nanoprinting of Semiconductor Quantum Dots by Photo-Excitation-Induced Chemical Bonding）。

https://doi.org/10.1126/science.abo5345

 研究背景与成果

作为21世纪高新技术产生和发展的源头，纳米科学与技术源自于材料尺寸减小至纳米尺度所产生的一系列奇特的物理、化学新效应，包括半导体材料中的量子限制效应与量子隧穿效应、金属材料出现的表面等离激元共振等。

现有的纳米器件的制备主要基于光刻、电子束曝光等微纳制造技术，仅适用有限种类的纳米材料，并且作为平面化制备工艺，难以实现纳米材料的三维制造。而另一方面，利用化学合成可以实现丰富多彩（不同尺寸、形貌、成分）纳米粒子的制备与精确裁制，并且这些纳米材料的晶体质量高、表面质量好，光、电、磁等多方面性能优越。然而这些化学合成的纳米粒子缺乏有效的器件化制备工艺，成为了其广泛应用的技术瓶颈。

针对以上难题，研究团队提出了光激发诱导化学键合的新原理，实现了纳米粒子的激光三维装配技术，以各种纳米粒子作为原料来组装三维纳米器件。以核壳结构的半导体量子点为例（图1所示），利用激光激发量子点产生电子-空穴对，通过能级匹配，驱动光生空穴的隧穿和表面迁移，促使量子点表面配体脱附并形成活性化学位点，进而诱导量子点的表面化学成键，实现量子点之间的高效组装。

图1.光激发诱导化学键合的原理示意图

基于以上原理，研究团队进一步对激光束进行聚焦与程序化扫描，实现了纳米材料复杂三维结构的精密成型。

图2.量子点3D纳米打印结构形貌图

与现有的微纳加工制备技术相比，这项技术具有以下鲜明特征。打印材料纯度高：与现有的激光3D纳米打印技术相比，这项技术突破了光聚合的原理限制，不需要任何光学粘合组分，实现了接近100%功能纳米粒子组分的3D打印；三维加工能力强：能够实现复杂线性、弯曲和体结构等多种三维结构的纳米打印（图2）；打印分辨率高：利用非线性光激发，使打印分辨率突破光学衍射极限，打印点阵列密度超过20000ppi，打印极限分辨率达到77nm，并在大规模阵列化加工保持优良的均一性；具备多组分打印功能：以不同尺寸的量子点作为原料，这项技术还展示了多组分的异质复合打印能力（图3）。

图3.量子点RGB三色打印及异质图案化

论文展示了基于上述技术制备的高灵敏度光响应的量子点微型光电探测器。值得指出的是，光激发诱导化学键合的微纳制造原理具有广泛的材料和结构适应性，通过能级设计可以实现多种半导体、金属材料的高精度微纳制造，开辟了纳米器件制备工艺新途径，在片上光电器件集成、高性能近眼显示等领域具有重要的应用前景。

这项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、清华-佛山创新专项基金和精密测试技术及仪器国家重点实验室的资助。

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已被送往国际空间站的AME射频通信电路

低地球轨道（LEO）是指距离地球1200英里的区域，该区域是ISS和其他通信卫星的所在地，所有这些卫星均使用RF通信系统。使用AME技术生产可在这些RF系统中使用的轻巧，高性能的电子设备具有产生许多优势的潜力，包括快速开发时间以及创建传统制造技术无法实现的复杂形状和系统的能力。

通常，RF电路的传统生产是一个繁琐的反复试验过程，涉及多次设计迭代。这样，针对潜在太空应用的AMEs的开发就引起了越来越多的关注。

Nano Dimension的AME 3D打印技术制造流程

ISS美国国家实验室发布了Nano Dimension和L3Harris之间的项目，以测试3D打印RF电路在太空中的耐久性，以供将来的小型卫星使用。

L3Harris太空和机载系统部门的高级科学家Arthur Paolella博士说：“增材制造或3D打印在促进小型和纳米卫星的开发和应用以及整个LEO经济方面发挥着至关重要的作用。”“ 3D打印的应用广泛，涉及研究，设计和制造的几乎每个方面。”

L3Harris利用其在卫星和通信系统的RF电路开发中的经验，设计了RF电路板，并由Nano Dimension打印后，将该组件安装到MISSE飞行设施发射模块轨道实验室的外部。

Nano Dimension 3D使用配备了该公司专有AME技术的DragonFly LDM系统打印了RF板。该系统具有两个独立的打印头，可同时沉积导电银纳米墨水（用于印刷电路的大部分连接）和电介质光敏聚合物墨水，该墨水为周围结构提供机械支撑，耐热性和电绝缘。

所述多层3D印刷通信设备，它是101×38×3毫米大小，是由天线的，用于安装的功能部件的电子迹线和信号接地平面。根据L3Harris的说法，与传统制造的同类产品相比，3D打印RF电路显示出相似的传输性能，同时降低了成本并缩短了上市时间。

该设备将在飞行前，飞行中和飞行后三个程序点进行测试，并将在国际空间站的LEO环境中暴露六个月，然后再带回地球进行评估。

“该项目的主要目标是进行一个由增材制造制造的集成通信电路组成的实验，并在太空环境中分析这些材料的RF特性，” Paolella补充说。“现在，国际空间站上的通信系统经过了广泛的测试，以便为任务做好准备。Nano Dimension对这个项目的贡献极为重要，因为它们的增材制造能力是技术先进的，并且优于现有技术。”

文章来源：凤凰网

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为了让3D细胞培养系统更稳健成熟，快速简洁，以满足当前生物医药发展需要，Nano3D生物科技发展了磁化细胞培养技术。Nano3D技术以NanoShuttleTM-PL（一种生物相容性磁性纳米颗粒）为中心，用它来磁化细胞，然后在磁力作用下操控磁化的细胞。使用这种技术，可以让细胞进入磁悬浮状态或将细胞打印(printing)形成组织样结构。这种技术应用范围广阔，无论在生物医学研究、药物筛选还是组织工程学等领域都可使用。

Nano3D产品围绕磁化3D细胞培养技术为中心。整个过程以NanoShuttleTM-PL静态孵育细胞过夜使细胞磁化开始，第二天细胞可在磁力作用下聚集，通过磁悬浮或打印，在体外形成具有结构和生物性能的典型3D模型。磁化细胞培养的优点包括：
- 可快速形成高通量的3D模型
- 无需特殊装置，特殊培基和其它特殊的人工物质
- 磁化3D模型易于操作和回收
- 暗纳米颗粒(dark nanoparticles)使组织容易观察和成像
NanoShuttleTM-PL对细胞无不良影响，不改变细胞活力，增殖力，不引起炎症应激反应;NanoShuttleTM-PL不干扰荧光和其它实验技术，如Western blotting，qPCR和活力等。

Nano 3D 磁力3D生物打印
在数小时内实现微球打印
生物可容性纳米颗粒来磁化细胞
3D微球模拟天然组织环境
快速（15分钟到数小时时间内）实现微球打印
无需特殊的环境和培基
其它微球制作系统也可以模拟天然细胞环境，但需要较长时间才能生成，而且生成后难于操作和回收。磁力3D生物打印通过n3D核心技术，使用NanoShuttle磁化细胞从而实现微球打印。与Bio-Assembler将细胞磁悬浮不同，细胞与NS孵育过夜，通过对细胞施加磁力即可使整个96孔板细胞形成微球：这些细胞在位于孔板下方磁体的温和磁力作用下形成微球。15分钟或几个小时后，即可将细胞在磁体上移开，形成的微球能较长时间培养，微球可用于各种研究。这种NS物质并不干扰荧光和其它生物化学测定。
给磁化微组织球加液和换液非常方便，只需使用磁力将微球固定，从而避免了微球丢失。微球也可以通过雌性工具MagPen轻松转移。磁力还可以用于设计共培养组织的空间布局。
总之，磁化细胞3D生物打印是一种快速、有效的制作与天然细胞环境类似且易于操作的微组织球的极好方式。

(来源：Nano3D；群晓科苑 )