Mesoscale laser 3D printing

3D meso scale structures that can reach up to centimeters in overall size but retain micro- or nano-features, proved to be promising in various science fields ranging from micro-mechanical metamaterials to photonics and bio-medical scaffolds. In this work, we present synchronization of the linear and galvanometric scanners for efficient femtosecond 3D optical printing of objects at the meso-scale (from sub-m to sub-cm spanning five orders of magnitude). In such configuration, the linear stages provide stitch-free structuring at nearly limitless (up to tens-of-cm) working area, while galvo-scanners allow achieving translation velocities in the range of mm/s-cm/s without sacrificing nano-scale positioning accuracy and preserving the undistorted shape of the final print. The principle behind this approach is demonstrated, proving its inherent advantages in comparison to separate use of only linear stages or scanners. The printing rate is calculated in terms of voxels/s, showcasing the capability to maintain an optimal feature size while increasing throughput. Full capabilities of this approach are demonstrated by fabricating structures that reach millimeters in size but still retain sub-m features: scaffolds for cell growth, microlenses, and photonic crystals. All this is combined into a benchmark structure: a meso-butterfly. Provided results show that synchronization of two scan modes is crucial for the end goal of industrial-scale implementation of this technology and makes the laser printing well aligned with similar approaches in nanofabrication by electron and ion beams

Vanillin acrylate‐based resins for optical 3D printing

The investigation of biobased systems as photocurable resins for optical 3D printing has attracted great attention in recent years; therefore, novel vanillin acrylate‐based resins were designed and investigated. Cross‐linked polymers were prepared by radical photopolymerization of vanillin derivatives (vanillin dimethacrylate and vanillin diacrylate) using ethyl(2,4,6‐trimethylbenzoyl)phenylphosphinate as photoinitiator. The changes of rheological properties were examined during the curing with ultraviolet/visible irradiation to detect the influences of solvent, photoinitiator, and vanillin derivative on cross‐linking rate and network formation. Vanillin diacrylate‐based polymers had higher values of yield of insoluble fraction, thermal stability, and better mechanical properties in comparison to vanillin dimethacrylate‐based polymers. Moreover, the vanillin diacrylate polymer film showed a significant antimicrobial effect, only a bit weaker than that of chitosan film. Thermal and mechanical properties of vanillin acrylate‐based polymers were comparable with those of commercial petroleum‐derived materials used in optical 3D printing. Also, vanillin diacrylate proved to be well‐suited for optical printing as was demonstrated by employing direct laser writing 3D lithography and microtransfer molding techniques

Polimerinių implantų, skirtų širdies ir kraujagyslių chirurgijai, formavimas tiesioginio lazerinio rašymo metodu

Per pastaruosius porą dešimtmečių sparčiai tobulėja tiesioginio lazerinio rašymo, paremto selektyviai tūryje lokalizuota fotojautrios medžiagos modifikacija, technologija, skirta trimačių mikro- ir nanostruktūrizuotų polimerinių darinių gamybai. Šiame darbe pristatoma galimybė tiesioginio lazerinio rašymo būdu formuoti didelių matmenų (iki cm³ eilės) mikroporėtus kamieninėms ląstelėms auginti skirtus karkasus, kurie gali būti taikomi ir širdies bei kraujagyslių chirurgijoje. Lyginant įvairių impulsų trukmių lazerines spinduliuotes, nustatyta, kad, naudojant femtosekundinius lazerius ir derinant spinduliuotės intensyvumą, galima labiau modifikuoti formavimo skyrą, tačiau audinių inžinerijai reikalingai darinių kokybei pasiekti tinka ir pikosekundiniai lazeriai.Tai sudaro palankesnes sąlygas ateityje diegti pigesnes, praktiniams taikymams skirtas tiesioginio lazerinio rašymo polimeruose sistemas.  Karkasų gamybai naudotos keturios skirtingos medžiagos – hibridiniai organiniai-neorganiniai polimerai SZ2080 ir „Ormoclear“, biologiškai skaidus PEG-DA-258 bei akrilatinis AKRE. <em>In vitro </em>ir <em>in vivo</em> tyrimais nustatyta, kad visi keturi polimerai yra biologiškai sutaikomi, nepasižymi citotoksiškumu, todėl gali būti naudojami audinių inžinerijoje. Adekvačių karkasų gamybos našumui paspartinti buvo pritaikytas replikavimas PDMS minkštąja litografija. Tai leido 2 % tikslumu atkartoti replikuojamo darinio paviršiaus šiurkštumą bei keliomis eilėmis sutrumpinti 15´15 mm² ploto pavyzdinių dvimačių karkasų gamybos trukmę. Taip pat pateikiama suformuotų trimačių polimerinių karkasų pavyzdžių, kurie yra pakankamai didelių matmenų, kad būtų tinkami praktiškai naudoti chirurgijoje. Jų geometrija ir mikrostruktūrizavimo kokybė įvertinta elektronų skenuojamuoju elektroniniu mikroskopu. Šie tiesioginio lazerinio rašymo būdu gauti dirbtiniai karkasai išsiskiria tiksliai kontroliuojamu porėtumu (užpildymo faktoriumi) bei atskirų porų dydžiu.Tai ypač svarbu kuriant ekstraląstelinį matriksą, kuris tiktų ląstelėms įsitvirtinti, daugintis ir migruoti bei iš jų suformuotų vientisą audinį ar organą.<p>DOI: <a href="http://dx.doi.org/10.5755/j01.ms.18.2.1917">http://dx.doi.org/10.5755/j01.ms.18.2.1917</a></p