有許多方法可以在微米計尺上制造三維物體，然而，一種材料的化學特性如何能夠以微米的精度進行調節？維也納科技大學（Vienna University of Technology）的科學家發現了一種能夠使分子準確附著到準確位置上的方法。當生物組織生長時，這種方法可以允許化學信號的定位，并反饋到生命細胞，讓其知道可以附著在哪里。這一新技術同樣給傳感器技術帶來希望：一個小小的三維的“芯片實驗室”（lab on a chip）被創造出來了，里面準確定位的分子根據周圍環境作出物質反應。
由光接枝（180µm寬度）產生的三維模型。熒光分子附著在水凝膠上，產生了一個顯微三維模型。
材料科學與化學
這種新方法的名字叫三維光接枝（3D-photografting），是由來自維也納科技大學的兩個研究小組緊密合作研究出來的：Jurgen Stampfl教授指導的材料科學研究小組和Robert Liska教授指導的微分子化學研究小組。這兩個研究小組以前就因為發明了多款新型的三維打印機而引起學界極大的關注。然而，對于現在科學家們正在研究的應用來說，三維打印可不會發揮很大作用：“在有著不同化學特性的微細構造單元（building blocks）里將同一種材料放置在一起是極度復雜的”，Aleksandr Ovsianikov說。“這就是為什么我們從三維支架（scaffold）開始，然后將所需分子準確附著在正確的位置上。”
3D光接枝：激光射進水凝膠（黃色），分子附著在空間的特殊點上（綠色）。
水凝膠里的分子 被激光緊緊鎖在位置上
科學家開始使用一塊水凝膠（一種高分子材料）做試驗，里面排列著松散的網狀結構。在這些分子間，留有大的縫隙，其他分子甚至細胞都可以穿梭移動。
將特別選定的分子導入水凝膠結構內，然后使用激光束輻射若干個點。在激光束聚焦最多的位置，一個光化學活性鍵被破壞。這樣，高活性的中間分子（intermediates）就被制造出來，并迅速地附著到水凝膠上。其精度取決于激光器的透鏡系統，在維也納科技大學可以提供一個精度達4µm 的解決方案。“這就類似一個藝術家，將不同顏色涂畫到畫布上不同位置，我們可以在水凝膠里定位分子，而且是高精度的、三維的操作。”Aleksandr Ovsianikov說。
傳送給細胞的化學信號
這一技術可以被用來人工增生生物組織，就像一種攀爬植物附著在藤架上，細胞也需要某些支架來依附。在自然組織里，細胞外的基質通過某些特殊的氨基酸序列向細胞發出信號，指示它們在哪里生長。
在實驗室里，科學家嘗試使用類似的化學信號。在許多實驗中，細胞附著能夠在二維表面被引導發生，但是為了在特殊的內部結構（比如毛細管）生長更大的組織，非常需要真正的三維技術。
微傳感器探測分子
根據不同的應用，可以使用不同的分子來做試驗。三維光接枝技術不僅在生物工程作用大，在其他領域如光電池、傳感器技術等應用前景非常廣闊。在一個小小的空間里，分子能夠被人為地定位附著到特殊的化學物質，并可以被探測到。這使一個顯微的三維“芯片實驗室”成為可能。
(注：本文由激光制造網翻譯，轉載請注明來源“激光制造網”)
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