连续激光热解，实现PDMS精雕细琢

聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为一种具有优异机械性能、生物相容性及光学透明性的硅橡胶弹性体材料，一直以来是软光刻等微纳图案化技术研究的重要目标。但是，目前PDMS基材的成型仍多依赖于模板复制。而模板制备依赖于光刻技术，整个过程较为繁琐、费时、成本较高，成为限制PDMS成型技术的瓶颈问题；其次，后续的模板复制环节对技术人员的操作性具有较大的依赖性，导致PDMS器件难以实现标椎化生产。开发一种简便、快捷的成型技术实现PDMS基材的快速2D、3D成型在微流控技术、软体机器人等领域具有重大的应用需求。

       近日，韩国国立首尔大学Seung Hwan Ko?、Noo Li Jeon研究团队采用连续激光热解（successive laser pyrolysis, SLP）策略，开发了简便、高效的块体PDMS基材的准-3D数字图案化成型技术。基于SLP技术，研究人员将PDMS组分转化为易于清除的碳化硅，使得2D 或3D PDMS结构器件能够在1小时内快速构筑。该研究成果在生物芯片器件快速构筑的应用，展示其在微结构器件制备方面具有极大的开发潜力。

SLP成型技术过程展示。图片来源：Nat. Mater.

采用连续波（CW）激光辐照，研究团队从PDMS基材表面热解起始点开始形成初始的不透明碳化硅（SiC）层；基于SiC层的吸光度增加，激光的光热能（光热效率）进一步提升，使得激光聚焦的几微米范围PDMS材质热解，最终通过正表面扫描SLP（FSS SLP）技术、沿着激光辐照路线完成PDMS的热解成型加工。

SLP成型工艺参数考察。图片来源：Nat. Mater.

与传统的PDMS激光刻蚀成型技术相比较，该FSS SLP成型技术的加工质量显著提升，具有较高的图案分辨率。此外，研究团队进一步开发出背面扫描SLP（BSS SLP）技术实现了PDMS基体内部（纵深方向）的热解成型加工；基于逐层SiC的形成，该技术成功实现几毫米纵向深度PDMS基材的热解成型加工。整体上较为简单的激光热解成型机理，使得该技术（通过辐照激光强度等工艺参数调控）具有高度可控性，可简便实现PDMS高质量的2D、3D数字图案化。

PDMS高质量的2D、3D数字图案化。图片来源：Nat. Mater.

在微纳结构器件构筑应用方面，研究团队运用SLP技术实现了3种代表性PDMS基生物芯片的自动化、快速制备。单通道微血管芯片：采用梯形微柱阵列分隔通道、使培养基实现有效供应，成功实现三维微血管网络的构筑；双层皮肤芯片：由上层用于皮肤细胞的孔结构和下层用于血管网络的空间结构组成，血管网络被嵌入的薄透孔膜（200微米）分隔开；可拉伸膜芯片：具有优异的可逆形变能力。

SLP技术构筑PDMS微流控器件应用。图片来源：Nat. Mater.

总结

聚合物高温热分解是有机材料领域人们所熟知的基本现象，但这种现象的可控性较差。该论文基于连续激光热解技术，巧妙的实现了PDMS基材的可控热解及成型加工，可用于PDMS 2D、3D数字图案化，将极大的推动PDMS基微纳器件（比如生物芯片）的构筑及应用。