微纳米加工

在长期对药物递送的研究中，学者发现纳米颗粒已成为克服常规药物制剂及其相关药代动力学限制的合适载体。随着微流控设备的创新混合和过滤技术发展，针对药物研究新领域的探索正在得到不断拓展。特别是脂质纳米粒携带药物的新发现吸引了研究人员的浓厚兴趣。脂质体已被证明在溶解治疗药物方面具有优势，可以控制药物长期缓释，大大延长了药物的循环寿命。微流体的性能对于在极小尺寸下精确制备脂质纳米粒作为药物载体具有巨大优势。在这一领域，德国布伦瑞克工业大学（TU）的一个科研团队利用Nanoscribe的高精度3D微纳加工技术发明了一种特制的微流控芯片。该芯片包含一个创新的混合器，用于生产单分散载药纳米颗粒，并进行精确的粒径控制。这将有助于推动新的药物递送概念发展。图示同轴层压混合器可以完全消除与带通道壁有机相的接触，同时有效地混合有机相和水相。这种独特的混合器包括同轴注射喷嘴、一系列拉伸和折叠元件以及入口过滤器是无法通过传统的2.5D微纳加工实现的，但是3D双光子聚合技术则可以完美实现加工制造。图片来自于Peer Erfle, TU Braunschweig生产有效且成本效益高的定制药物在制药行业广受关注。难溶性药物的特性限制其口服和非肠道给药，为解决难溶性问题，含有难溶性药物的脂质纳米粒将成为有效候选药物，因为它们提供更快的溶解速度。然而，生产这些脂质纳米粒则非常具有挑战性。整个流程包括多个步骤，例如纳米颗粒的制备和药物载体与纳米颗粒的结合。在纳米颗粒的生产过程中，重要的是管理窄粒径分布，以达到70 nm至200 nm的要求范围。为此，与批量混合技术相比，微流控系统提供了一种更为优化的解决方案。微流体能够精确控制和调节极少量液体的混合，且在微流体中的混合可同时实现纳米颗粒的制备。而这需要使用更有效、更复杂的混合元件来调节纳米颗粒的性质并优化混合机制。如今科学家们利用Nanoscribe公司双光子聚合（2PP）技术制作自由曲面三维微流控元件，并将其集成到复杂的微流控芯片中。这种多功能3D微加工的使用旨在实现缩小粒度分布。复杂微流控芯片3D微纳加工制作布伦瑞克大学（TU Braunschweig）的科学家们通过对微流控领域的研究发明了一种开创性的解决方案，以制备单分散的药物载体纳米粒。他们利用Nanoscribe公司的双光子聚合3D打印技术制作出完整的微流控芯片。该芯片采用独特的微纳混合器件，用于同轴层压和稳定的纳米颗粒生成。整个厘米级微流控芯片由一个连接到横向通道的主通道、一个用于同轴注射喷嘴、一系列3D混合原件和用于减少污染的入口过滤器组成。这种复杂的芯片设计因其小型化特性和极高的表面质量脱颖而出（如内径达到200µm的主通道，孔径达到15µm的入口过滤器）。可以混合有机相和水相的拉伸和折叠微纳元件具有复杂的3D结构。在以往，由于底部内切结构和开放圆柱区域难以成型，传统的2.5D微纳加工和使用微纳注塑成型的大规模生产是无法制造这种微流控系统的。由Nanoscribe公司打印系统制作的3D微纳加工微流控系统可实现用于生产特定尺寸的纳米颗粒，并具有高度复制性特点。用三个单独制作的微纳系统对相同的设计做了测试，结果显示出纳米颗粒大小在几纳米范围内的分散性变化非常小。该结果证实了基于Nanoscribe 2PP技术的3D打印能够生产出具有窄粒径分布的高重复性纳米颗粒。这些发现对未来实现纳米颗粒的平行生产制造具有重要意义。位于喷嘴下游的一个拉伸和折叠混合元件的SEM图像。图片来自于Peer Erfle, TU Braunschweig科研团队：Technical University Braunschweig – Institute of Microtechnology Technical University Braunschweig – Department of Pharmaceutics Technical University Braunschweig - PVZ - Center of Pharmaceutical Engineering Nanoscribe Photonic Professional GT2使用双光子聚合(2PP)来产生几乎任何3D形状：晶格、木堆型结构、自由设计的图案、顺滑的轮廓、锐利的边缘、表面的和内置倒扣以及桥接结构。Photonic Professional GT2 结合了设计的灵活性和操控的简洁性，以及广泛的材料-基板选择。因此，它是一个理想的科学仪器和工业快速成型设备，适用于多用户共享平台和研究实验室。Nanoscribe的3D无掩模光刻机目前已经分布在30多个国家的前沿研究中，超过1,000个开创性科学研究项目是这项技术强大的设计和制造能力的证明。更多有关3D双光子无掩模光刻技术和产品咨询欢迎联系Nanoscribe上海分公司 - 纳糯三维科技（上海）有限公司德国Nanoscribe 超高精度双光子微纳3D无掩模光刻系统： Photonic Professional GT2 双光子微纳3D无掩模光刻系统 Quantum X 双光子灰度光刻微纳打印设备

据麦姆斯咨询报道，近日，青岛天仁微纳科技有限责任公司（以下简称“天仁微纳“）宣布完成由中芯聚源独家战略投资的数千万元A轮融资。本轮融资将用于加快公司用于微纳光学等领域纳米压印设备和解决方案的研发和布局，完善售后服务，进一步扩大市场领先优势。从2015年成立至今，天仁微纳已经成为国际领先的纳米压印设备与解决方案供应商，应用包括3D传感（DOE、Diffuser等）、增强现实与虚拟现实（AR/VR）、生物芯片、集成电路、平板显示、太阳能电池、LED等领域。依靠着全球领先的创新技术和设备性能，完善的售后服务，快速的产品迭代，凭借2018年以来微纳光学晶圆级加工生产的市场契机，天仁微纳厚积薄发，打败诸多国际竞争对手，迅速占领了国内超过90%的市场份额，成为该领域市场的领头羊。晶圆级光学加工（WLO）2017年苹果公司发布的结构光人脸识别技术第一次将微纳光学元器件引入了消费类电子领域，晶圆级光学器件加工的概念也逐渐映入人们的眼帘。随着纳米压印光刻技术被应用在结构光人脸识别的DOE元件生产，业界逐渐认识到，与传统光学透镜加工不同的是，基于纳米压印光刻技术的晶圆级光学加工（WLO工艺）更加适合移动端消费电子设备。特别是在3D视觉发射端结构复杂的情况下，光学器件采用WLO工艺，可以有效缩减体积空间，同时器件的一致性好，光束质量高，采用半导体工艺在大规模量产之后具有成本优势。2019年高端智能手机3D传感iToF（间接飞行时间）模组中的匀光片（diffuser）再次引入了纳米压印作为量产手段，2020年AR衍射光波导光栅加工将纳米压印技术的应用推向面积更大的12英寸，纳米压印终于完成了从科研到大规模量产的华丽转身。纳米压印结果厚积薄发，从跟随到超越晶圆级光学加工量产对纳米压印设备精度、稳定性与一致性要求极高，过去一直被德国、奥地利两家光刻设备公司的进口设备所垄断。天仁微纳创始人冀然博士，从事纳米压印技术研发与推广20年。冀然博士2000年赴德留学，师从欧洲纳米压印之父Kurz教授研究纳米压印设备与材料，先后获得德国亚琛工业大学硕士学位与马普所博士学位。博士毕业后加入德国半导体设备上市公司负责纳米压印设备开发与市场推广。2015年，看到纳米压印在微纳光学晶圆级加工领域的市场前景，冀然博士辞去德国上市公司纳米压印首席科学家职位归国创业，成立天仁微纳，专注于纳米压印设备与全套解决方案的研发与产业化。纳米压印应用领域经过几年的研发与积累，实现了面向微纳光学晶圆级加工的完整设备与工艺材料的解决方案。2019年，在中国高科技企业受到国外技术封锁与制裁的背景下，国产高端智能手机着眼于使用国产设备加工3D传感所需的衍射光学器件。作为国内该领域唯一一家能与欧洲设备公司"掰手腕"的天仁微纳，凭借领先的技术、完善的售后服务和快速的市场应对能力抓住了这个机会，设备打入衍射光学器件量产生产线，经过不断的打磨与迭代，占领了大部分市场份额，打败国际竞争对手，实现了国产替代。2020年初，AR衍射光栅波导市场迅速展开，天仁微纳凭借多年研发，积累了完整的AR衍射光波导生产解决方案，包括步进式压印制造12英寸大面积衍射光栅模具、高精度工作模具复制与大面积高保型性光栅压印的全套设备与工艺解决方案，通过给客户提供AR衍射光栅波导生产“设备+工艺”的一站式解决方案的模式，一举垄断了国内市场，从技术到市场全面超越进口设备。不改初心，剑指纳米压印全球第一对于公司未来的发展，冀然博士充满信心：“无论从技术领先性，还是产业化市场份额，我们在国内微纳光学市场已经具有绝对领先优势，对比国际竞争对手，我们有两大竞争优势：一是贴近市场，二是响应速度快。市场需求是驱动技术创新和发展的源头，而未来纳米压印生产最大的市场一定在中国。我们立足于中国市场，贴近客户需求，以最低的沟通成本得到市场反馈。纳米压印是一个不断发展中的、动态变换的技术和市场，基于对市场需求的理解，我们要发挥我们的快速技术迭代能力，不断推出适应客户需求的设备和工艺，来推动市场的发展。这些优势都是国外竞争对手所不具备的，我们要将这些优势发挥到极致，转换为胜势，在快速发展的同时，发挥精雕细琢的工匠精神，相信我们一定能在纳米压印这个细分领域做到全球第一！“天仁微纳将继续致力于纳米压印光刻在晶圆级光学加工领域的拓展，加快设备与工艺的研发迭代，扩大领先优势，同时还将拓展纳米压印在半导体集成电路、平板显示、生物芯片等其它领域的产业化应用，为客户提供更多、更完善的研发和生产解决方案。中芯聚源创始合伙人暨总裁孙玉望表示：“纳米压印是微纳光学器件量产的理想方式，随着3D传感、AR等应用的持续发展，纳米压印将迎来快速发展的黄金期。中芯聚源看好天仁微纳团队在纳米压印行业的多年积累，天仁微纳已推出多款适用于不同场景的纳米压印设备，形成纳米压印设备和材料的一体化平台，将助力国产纳米压印设备打破进口垄断。”冀然博士表示：”深耕纳米压印这个技术20年了，无论市场对这个技术是冷是热，一直坚持下来，就是因为坚信这个技术会有很好的应用前景。守住这份初心，不贪大而全，先做好小而美，做隐形行业冠军，认真打磨产品，真诚服务每一个客户，在一个技术领域深挖到极致，为中国的微纳加工设备产业发展踏踏实实地做出我们的贡献，未来天仁微纳才能成长为有国际竞争力的公司。”关于天仁微纳青岛天仁微纳科技有限责任公司成立于2015年，是世界领先的纳米压印设备和解决方案提供商，产品与服务涵盖纳米压印相关的设备、模具、材料、工艺以及生产咨询服务。天仁微纳致力于拓展纳米压印技术在创新产品领域的应用，例如3D传感（DOE、Diffuser等）、AR/VR、生物芯片、集成电路、显示、太阳能电池、LED等。天仁微纳的使命是成为世界领先的创新公司，并利用卓越的创新力为客户解决高附加值生产难题，帮助客户实现创新技术到产品的转化。

微纳加工是纳米研究的两大基础之一，备受重视。然而，随着各种新型器件和结构的出现，常规的微纳加工方法已无法完全满足需要，激发了人们探索更高性价比、更强加工能力的非常规加工方法。中国科学院国家纳米科学中心刘前团队基于自主开发的新概念激光直写设备，开发出多种非常规加工方法。近日，该团队在物理不可复制功能(PUF)防伪标签研究中取得新进展。相关研究成果以Random fractal-enabled physical unclonable functions with dynamic AI authentication为题，在线发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。 　　当前，传统防伪标签因其确定性的构筑模式在自身安全性上面临挑战。PUF标识本征的唯一性和不可预测性可作为商品的“指纹”秘钥，从根本上遏制标签自身被伪造的可能。为此，科学家利用金属薄膜去湿原理产生的随机分形金网络结构作为PUF，开发出一种由随机分形网络标识符和深度学习识别验证模型组成的新型PUF防伪系统，并展示该PUF的多层级防克隆能力。 　　借助高通量的图案化光刻(镂空模板)、薄膜沉积及一步热退火技术，可实现晶圆级PUF单元制作，体现了批量化、低成本(单个标签成本不到1美分)的生产特点。为了应用到实际防伪场景，研究人员开发了一种基于深度学习算法的图像PUF识别验证系统，借助ResNet50分类神经网络模型对37000个PUF标识符(10348)实现了可溯源、快速(6.36 s)、高精度(0%假阳性)验证，并提出了动态数据库策略，赋予深度学习模型极高的数据库扩容能力，理论上打破了庞大数据库的建立与低时间成本之间难以兼容的障碍。此外，这种PUF制作与微电子工艺流程高度兼容，有望与元器件同时集成并完成元件单元的真实性验证。PUF系统可初步满足工业化需求，有望推动商业化的PUF防伪技术的发展与普及。相关技术已申请国家发明专利并已获授权。 　　研究工作得到国家自然科学基金，国家重点研发计划“纳米科技”专项等的支持。该工作由国家纳米中心、北京航空航天大学和德国卡尔斯鲁厄理工学院合作完成。图1. PUF的制作流程及表图2. 深度学习识别验证系统的建立与性能展示