用于高分辨率三维纳米制造的系统及方法与流程

本发明总体上涉及纳米制造的领域，更具体地说，本发明涉及用于三维纳米制造的新的有用的系统和方法。

背景技术：

1、纳米制造是一项在上个世纪已经成为我们技术的重要部分的技术。它在光子学、微处理器开发、微机电系统等领域变得尤为重要，并且在现代技术的其他方面(诸如生物技术和微流体技术)中也在加速发展。

2、当前的纳米制造技术主要来源于平面工艺，其中，二维层被构建在彼此之上以产生三维物体。尽管这种方法对于某些构建(built)可能是有用的，但是平面工艺在许多方面(例如，对于缺乏构建支撑的构造)不能成功地作为真正的三维制造技术；因此，它被认为是一种2.5d制造技术。此外，当前的纳米制造技术难以产生由多种材料制成的物体或产生并入了构造梯度(construction gradient)的物体。最后，来源于平面工艺的方法会因顺序步骤的不完全对齐而产生配准误差。

3、因此，在纳米制造领域中需要产生一种新的和有用的系统和方法，用于能够实现多种材料和梯度的真正三维纳米制造。本发明提供了这样一种新的有用的系统和方法。

技术实现思路

技术特征：

1.一种用于纳米制造平台的系统，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述潜在图案化材料进一步包括反应性基团，其中所述反应性基团通过所述潜在图案化材料和反应性中间体的光反应来选择性地结合所述凝胶支架。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述反应性中间体包括能够产生自由基的小分子。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述反应性中间体包括氧。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述潜在图案化材料是聚甲炔染料。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述聚甲炔染料由方酸或方酸衍生物组成。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述潜在图案化材料进一步包括供体-受体桥。

8.根据权利要求11所述的系统，其中，所述凝胶支架包括水合凝胶(即，溶胀凝胶)，并且其中所述系统进一步包括设定所述凝胶支架厚度的机械间隔物。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统进一步包括能够使所述凝胶支架粘附至表面的结合基团。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述结合基团由硅烷或硅氧烷组成。

11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括掩模，其中所述掩模阻挡、减少或重定向所述凝胶支架的指定区域上的光。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述掩模包括数字掩模，所述数字掩模由阻挡或减少光的像素组成。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述掩模是数字微镜器件。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述掩模是空间光调制器。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述掩模是相位掩模。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述潜在图案化材料选自由聚甲炔和二吡咯亚甲基所组成的组。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括菁。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：半菁、链菁、cy3、cy3.5、cy5、cy5.5、cy7、cy7.5、份菁和它们的磺化衍生物。

19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：方酸及它们的衍生物(例如，磺化衍生物)。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：对称和不对称吲哚基方酸、对称和不对称苯并噻唑基方酸、方酸内鎓盐及它们的磺化衍生物。

21.根据权利要求16所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂-s-茚并二烯(bodipy)及其环取代的衍生物。

22.根据权利要求1所述的系统，其中，所述构建材料选自由以下项所组成的组：石墨、石墨烯、纳米管、金刚石、非晶、硅、锗、锡、碳化硅(3c)、碳化硅(4h)、碳化硅(6h)、碳化硅(-sic)、硅锗、硅锡、硫、硒、碲、氮化硼(6ev-立方)、氮化硼(六方)、氮化硼(纳米管)、磷化硼、砷化硼、锑化硼、氮化铝、磷化铝、砷化铝、锑化铝、氮化镓、磷化镓、砷化镓、锑化镓、氮化铟、磷化铟、砷化铟、锑化铟、磷化铟镓、砷化铟镓、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氧化镉、硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氧化镉、硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锡、硫化锡、硒化锡、碲化锡、氧化铅、硫化铅、硒化铅和碲化铅。

23.根据权利要求1所述的系统，其中，所述凝胶支架选自由琼脂糖、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和硅酮所组成的组。

24.一种用于纳米制造平台的系统，包括：

25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述反应性中间体包括能够产生自由基的小分子。

26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述反应性中间体包括氧。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述潜在图案化材料是聚甲炔染料。

28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述聚甲炔染料包括方酸或方酸衍生物。

29.根据权利要求27所述的系统，其中，所述潜在图案化材料进一步包括供体-受体桥。

30.根据权利要求24所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括基于非氧杂蒽的发色团。

31.根据权利要求24所述的系统，其中，所述凝胶支架包括水饱和的凝胶(即，溶胀凝胶)，并且其中所述系统进一步包括设定所述凝胶支架厚度的机械间隔物。

32.根据权利要求24所述的系统，其中，所述系统进一步包括能够使所述凝胶支架粘附至表面的结合基团。

33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述结合基团由硅烷或硅氧烷组成。

34.根据权利要求24所述的系统，进一步包括掩模，其中所述掩模阻挡或减少所述凝胶支架的指定区域上的光。

35.根据权利要求34所述的系统，其中，所述掩模包括数字掩模，所述数字掩模由阻挡或减少光的像素组成。

36.根据权利要求35所述的系统，其中，所述掩模是数字测微计器件。

37.根据权利要求36所述的系统，其中，所述掩模是空间调制器。

38.根据权利要求37所述的系统，其中，所述掩模是相位掩模。

39.根据权利要求24所述的系统，其中，所述潜在图案化材料选自由聚甲炔、荧光素和二吡咯亚甲基所组成的组。

40.根据权利要求39所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括菁及它们的磺化衍生物。

41.根据权利要求40所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：半菁、链菁、cy3、cy3.5、cy5、cy5.5、cy7、cy7.5、份菁和它们的磺化衍生物。

42.根据权利要求39所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：对称和不对称吲哚基方酸、对称和不对称苯并噻唑基方酸、方酸内鎓盐及它们的磺化衍生物。

43.根据权利要求39所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：异硫氰酸荧光素(fitc)、荧光素尸胺(((5-氨基戊基)硫代脲基)荧光素)、荧光素基甘氨酸酰胺(5-(氨基乙酰胺基)荧光素)或nhs-荧光素(5-(6)羧基荧光素琥珀酰亚胺酯)的5和/或6-异构体。

44.根据权利要求39所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂-s-茚并二烯(bodipy)及其环取代的衍生物。

45.根据权利要求24所述的系统，其中，所述构建材料选自由以下项所组成的组：石墨、石墨烯、纳米管、金刚石、非晶、硅、锗、锡、碳化硅(3c)、碳化硅(4h)、碳化硅(6h)、碳化硅(-sic)、硅锗、硅锡、硫、硒、碲、氮化硼(6ev-立方)、氮化硼(六方)、氮化硼(纳米管)、磷化硼、砷化硼、锑化硼、氮化铝、磷化铝、砷化铝、锑化铝、氮化镓、磷化镓、砷化镓、锑化镓、氮化铟、磷化铟、砷化铟、锑化铟、磷化铟镓、砷化铟镓、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氧化镉、硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氧化镉、硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锡、硫化锡、硒化锡、碲化锡、氧化铅、硫化铅、硒化铅和碲化铅。

46.根据权利要求24所述的系统，其中，所述凝胶支架选自由琼脂糖、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和硅酮所组成的组。

47.一种用于增强型光刻纳米制造平台的系统，包括：

48.根据权利要求47所述的系统，其中，所述系统具有内爆制造操作模式，其中对于所述光敏潜在图案化材料，所述光源提供间隔的时间量短于所述潜在图案化材料的激发三重态寿命的光脉冲。

49.根据权利要求48所述的系统，其中，所述潜在图案化材料由cy5或cy5衍生物组成，并且在所述内爆制造操作模式中，所述光源提供间隔小于10μs的光脉冲。

50.根据权利要求47所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括基于非氧杂蒽的发色团。

51.根据权利要求47所述的系统，其中，所述潜在图案化材料进一步包括反应性基团，其中所述反应性基团通过所述潜在图案化材料和反应性中间体的光反应来选择性地结合所述凝胶支架。

52.根据权利要求51所述的系统，其中，所述反应性基团包括能够产生自由基的小分子。

53.根据权利要求52所述的系统，其中，所述反应性基团包括氧。

54.根据权利要求52所述的系统，其中，所述潜在图案化材料是聚甲炔染料。

55.根据权利要求54所述的系统，其中，所述聚甲炔染料由方酸或方酸衍生物组成。

56.根据权利要求54所述的系统，其中，所述潜在图案化材料进一步包括供体-受体桥。

57.根据权利要求47所述的系统，其中，所述凝胶支架包括水饱和的凝胶(即，溶胀凝胶)，并且其中所述系统进一步包括设定所述凝胶支架厚度的机械间隔物。

58.根据权利要求47所述的系统，其中，所述系统进一步包括能够使所述凝胶支架粘附至表面的结合基团。

59.根据权利要求58所述的系统，其中，所述结合基团由硅烷或硅氧烷组成。

60.根据权利要求47所述的系统，进一步包括掩模，其中所述掩模阻挡或减少所述凝胶支架的指定区域上的光。

61.根据权利要求60所述的系统，其中，所述掩模包括数字掩模，所述数字掩模由阻挡或减少光的像素组成。

62.根据权利要求60所述的系统，其中，所述掩模是数字测微计器件。

63.根据权利要求60所述的系统，其中，所述掩模是空间调制器。

64.根据权利要求60所述的系统，其中，所述掩模是相位掩模。

65.根据权利要求47所述的系统，其中，所述潜在图案化材料选自由聚甲炔、荧光素和二吡咯亚甲基所组成的组。

66.根据权利要求65所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：菁及其磺化衍生物。

67.根据权利要求66所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：半菁、链菁、cy3、cy3.5、cy5、cy5.5、cy7、cy7.5、份菁和它们的磺化衍生物。

68.根据权利要求65所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：对称和不对称吲哚基方酸、对称和不对称苯并噻唑基方酸、方酸内鎓盐及它们的磺化衍生物。

69.根据权利要求65所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：异硫氰酸荧光素(fitc)、荧光素尸胺(((5-氨基戊基)硫代脲基)荧光素)、荧光素基甘氨酸酰胺(5-(氨基乙酰胺基)荧光素)或nhs-荧光素(5-(6)羧基荧光素琥珀酰亚胺酯)的5和/或6-异构体。

70.根据权利要求65所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂-s-茚并二烯(bodipy)及其环取代的衍生物。

71.根据权利要求47所述的系统，其中，所述构建材料选自由以下项所组成的组：石墨、石墨烯、纳米管、金刚石、非晶、硅、锗、锡、碳化硅(3c)、碳化硅(4h)、碳化硅(6h)、碳化硅(-sic)、硅锗、硅锡、硫、硒、碲、氮化硼(6ev-立方)、氮化硼(六方)、氮化硼(纳米管)、磷化硼、砷化硼、锑化硼、氮化铝、磷化铝、砷化铝、锑化铝、氮化镓、磷化镓、砷化镓、锑化镓、氮化铟、磷化铟、砷化铟、锑化铟、磷化铟镓、砷化铟镓、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氧化镉、硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氧化镉、硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锡、硫化锡、硒化锡、碲化锡、氧化铅、硫化铅、硒化铅和碲化铅。

72.根据权利要求47所述的系统，其中，所述凝胶支架选自由琼脂糖、热混合沥青、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和硅酮所组成的组。

73.一种用于纳米制造平台的系统，包括：

74.根据权利要求73的系统，进一步包括机械间隔物，其中，所述机械间隔物设定所述凝胶的厚度。

75.根据权利要求73所述的系统，其中，所述潜在图案化材料进一步包括反应性基团，其中所述反应性基团通过所述潜在图案化材料和反应性中间体的光反应来选择性地结合所述凝胶支架。

76.根据权利要求75所述的系统，其中，所述反应性基团包括能够产生自由基的小分子。

77.根据权利要求76所述的系统，其中，所述反应性基团包括氧。

78.根据权利要求76所述的系统，其中，所述潜在图案化材料是聚甲炔染料。

79.根据权利要求78所述的系统，其中，所述聚甲炔染料由方酸或方酸衍生物组成。

80.根据权利要求78所述的系统，其中，所述潜在图案化材料进一步包括供体-受体桥。

81.根据权利要求73所述的系统，其中，所述系统进一步包括能够使所述凝胶支架粘附至表面的结合基团。

82.根据权利要求81所述的系统，其中，所述结合基团由硅烷或硅氧烷组成。

83.根据权利要求73所述的系统，进一步包括掩模，其中所述掩模阻挡或减少所述凝胶支架的指定区域上的光。

84.根据权利要求83所述的系统，其中，所述掩模包括数字掩模，所述数字掩模由阻挡或减少光的像素组成。

85.根据权利要求83所述的系统，其中，所述掩模是数字测微计器件。

86.根据权利要求83所述的系统，其中，所述掩模是空间调制器。

87.根据权利要求83所述的系统，其中，所述掩模是相位掩模。

88.根据权利要求73所述的系统，其中，所述潜在图案化材料选自由聚甲炔、荧光素和二吡咯亚甲基所组成的组。

89.根据权利要求88所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：菁及其磺化衍生物。

90.根据权利要求89所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：半菁、链菁、cy3、cy3.5、cy5、cy5.5、cy7、cy7.5、份菁和它们的磺化衍生物。

91.根据权利要求88所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：对称和不对称吲哚基方酸、对称和不对称苯并噻唑基方酸、方酸内鎓盐及它们的磺化衍生物。

92.根据权利要求88所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：异硫氰酸荧光素(fitc)、荧光素尸胺(((5-氨基戊基)硫代脲基)荧光素)、荧光素基甘氨酸酰胺(5-(氨基乙酰胺基)荧光素)或nhs-荧光素(5-(6)羧基荧光素琥珀酰亚胺酯)的5和/或6-异构体。

93.根据权利要求88所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂-s-茚并二烯(bodipy)及其环取代的衍生物。

94.根据权利要求73所述的系统，其中，所述构建材料选自由以下项所组成的组：石墨、石墨烯、纳米管、金刚石、非晶、硅、锗、锡、碳化硅(3c)、碳化硅(4h)、碳化硅(6h)、碳化硅(-sic)、硅锗、硅锡、硫、硒、碲、氮化硼(6ev-立方)、氮化硼(六方)、氮化硼(纳米管)、磷化硼、砷化硼、锑化硼、氮化铝、磷化铝、砷化铝、锑化铝、氮化镓、磷化镓、砷化镓、锑化镓、氮化铟、磷化铟、砷化铟、锑化铟、磷化铟镓、砷化铟镓、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氧化镉、硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氧化镉、硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锡、硫化锡、硒化锡、碲化锡、氧化铅、硫化铅、硒化铅和碲化铅。

95.根据权利要求73所述的系统，其中，所述凝胶支架选自由琼脂糖、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和硅酮所组成的组。

96.一种用于纳米制造平台的系统，包括：

97.根据权利要求96所述的系统，其中，所述结合基团由硅烷或硅氧烷组成。

98.根据权利要求97所述的系统，其中，所述结合基团包括具有通式r’-(ch2)n-si(or)3的单硅烷，其中r’是能够结合所述凝胶支架的官能团，r是烷基。

99.根据权利要求97所述的系统，其中，所述结合基团包括具有通式r’-(ln)-si(or)3的硅烷试剂，其中：

100.根据权利要求96所述的系统，其中，所述结合基团包括具有与所述凝胶支架相反电荷的官能团。

101.根据权利要求96所述的系统，其中，所述潜在图案化材料进一步包括反应性基团，其中所述反应性基团通过所述潜在图案化材料和反应性中间体的光反应来选择性地结合所述凝胶支架。

102.根据权利要求101所述的系统，其中，所述反应性中间体包括能够产生自由基的小分子。

103.根据权利要求102所述的系统，其中，所述反应性反应中间体包括氧。

104.根据权利要求102所述的系统，其中，所述潜在图案化材料是聚甲炔染料。

105.根据权利要求104所述的系统，其中，所述聚甲炔染料由方酸或方酸衍生物组成。

106.根据权利要求104所述的系统，其中，所述潜在图案化材料进一步包括供体-受体桥。

107.根据权利要求96所述的系统，其中，所述凝胶支架包括水合凝胶(即，溶胀凝胶)，并且其中所述系统进一步包括设定所述凝胶支架厚度的机械间隔物。

108.根据权利要求96所述的系统，进一步包括掩模，其中所述掩模阻挡或减少所述凝胶支架的指定区域上的光。

109.根据权利要求108所述的系统，其中，所述掩模包括数字掩模，所述数字掩模由阻挡或减少光的像素组成。

110.根据权利要求109所述的系统，其中，所述掩模是数字测微计器件。

111.根据权利要求109所述的系统，其中，所述掩模是空间调制器。

112.根据权利要求109所述的系统，其中，所述掩模是相位掩模。

113.根据权利要求96所述的系统，其中，所述潜在图案化材料选自由聚甲炔、荧光素和二吡咯亚甲基所组成的组。

114.根据权利要求113所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：菁及其磺化衍生物。

115.根据权利要求114所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：半菁、链菁、cy3、cy3.5、cy5、cy5.5、cy7、cy7.5、份菁和它们的磺化衍生物。

116.根据权利要求113所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：对称和不对称吲哚基方酸、对称和不对称苯并噻唑基方酸、方酸内鎓盐及它们的磺化衍生物。

117.根据权利要求113所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：异硫氰酸荧光素(fitc)、荧光素尸胺(((5-氨基戊基)硫代脲基)荧光素)、荧光素基甘氨酸酰胺(5-(氨基乙酰胺基)荧光素)或nhs-荧光素(5-(6)羧基荧光素琥珀酰亚胺酯)的5和/或6-异构体。

118.根据权利要求113所述的系统，其中，所述潜在图案化材料包括：4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂-s-茚并二烯(bodipy)及其环取代的衍生物。

119.根据权利要求96所述的系统，其中，所述构建材料选自由以下项所组成的组：石墨、石墨烯、纳米管、金刚石、非晶、硅、锗、锡、碳化硅(3c)、碳化硅(4h)、碳化硅(6h)、碳化硅(-sic)、硅锗、硅锡、硫、硒、碲、氮化硼(6ev-立方)、氮化硼(六方)、氮化硼(纳米管)、磷化硼、砷化硼、锑化硼、氮化铝、磷化铝、砷化铝、锑化铝、氮化镓、磷化镓、砷化镓、锑化镓、氮化铟、磷化铟、砷化铟、锑化铟、磷化铟镓、砷化铟镓、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氧化镉、硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氧化镉、硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锡、硫化锡、硒化锡、碲化锡、氧化铅、硫化铅、硒化铅和碲化铅。

120.根据权利要求96所述的系统，其中，所述凝胶支架选自由琼脂糖、热混合沥青、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和硅酮所组成的组。

121.一种用于三维纳米制造的方法，包括：

122.根据权利要求121所述的系统，其中，活化反应性中间体包括引发自由基产生。

123.根据权利要求121所述的方法，其中，所述图案化材料包括聚甲炔染料，所述甲炔染料包含与所述反应性中间体相互作用的供体-受体桥。

124.根据权利要求121所述的方法，进一步包括：通过沉积富含反应性基团的化合物来增加所述反应性基团。

125.根据要求124所述的方法，其中，沉积富含反应性基团的化合物包括沉积聚(酰胺)胺。

126.根据权利要求121所述的方法，其中，将构建材料结合到所述图案化材料进一步包括：沉积非金属增强剂，其中所述非金属增强剂使得所述构建材料能够在所述图案化材料上生长。

127.根据权利要求126所述的方法，其中，将构建材料结合到图案化材料包括：沉积构建材料，直到所述构建材料桥接相邻的图案化材料结合位点。

128.根据权利要求127所述的方法，其中，所述增强剂包括硫族化物，其使得所述构建材料能够生长。

129.根据权利要求121所述的方法，进一步包括设置所述凝胶，所述设置所述凝胶包括在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络。

130.根据权利要求129所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使凝胶图案化之前。

131.根据权利要求129所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使凝胶图案化之后。

132.根据权利要求129所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生述沉积构建材料之后。

133.根据权利要求129所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使材料收缩之后。

134.根据权利要求129所述的方法，进一步包括去除聚合物网络，所述去除聚合物网络包括去除原始凝胶。

135.根据权利要求129所述的方法，进一步包括去除聚合物网络，所述去除聚合物网络包括去除所述额外的聚合物网络。

136.根据权利要求121所述的方法，其中，所述光活化图案化材料包括：导向光脉冲至所述凝胶内的所述不同位置。

137.根据权利要求136所述的方法，其中，导向光脉冲包括：导向间隔时间量短于所述图案化材料的激发三重态寿命的光脉冲。

138.根据权利要求137所述的方法，其中，所述图案化材料是方酸，导向光脉冲包括导向飞秒脉冲。

139.根据权利要求121所述的方法，其中，所述构建材料包括半透明材料，所述将构建材料结合到图案化材料包括产生折射率。

140.根据权利要求139所述的方法，其中，产生折射率包括产生空间依赖性折射率。

141.根据权利要求139所述的方法，进一步包括：通过使用离子交换材料产生空间依赖性折射率。

142.根据权利要求140所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括产生大于0.05n的折射率对比度。

143.根据权利要求142所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括通过使用硫族化物转化所述构建材料。

144.根据权利要求143所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括通过沉积聚(酰胺)胺来增加反应性基团。

145.根据权利要求121所述的方法，其中，所述凝胶包括水合凝胶，并且使凝胶图案化进一步包括在一个维度上机械压制所述凝胶，从而增加未压制维度上的图案化分辨率。

146.根据权利要求145所述的方法，进一步包括使用单光子光刻。

147.根据权利要求145所述的方法，进一步包括使用双光子光刻。

148.根据权利要求121所述的方法，进一步包括：

149.根据权利要求148所述的方法，其中，将所述凝胶粘附到表面包括使用由硅烷或硅氧烷组成的结合基团，来官能化所述表面。

150.根据权利要求148所述的方法，其中，将所述凝胶粘附到表面包括使用具有与所述凝胶相反的电荷的结合基团，从而将所述结合基团并入至所述凝胶。

151.一种用于三维纳米制造的方法，包括：

152.根据权利要求151所述的方法，其中，光活化所述图案化材料包括：活化反应性中间体，从而促进所述图案化材料通过所述图案化材料的反应性基团结合到所述凝胶。

153.根据权利要求152所述的方法，其中，所述图案化材料包括聚甲炔染料，所述聚甲炔染料包含与所述反应性中间体相互作用的供体-受体桥。

154.根据权利要求152所述的方法，进一步包括通过沉积富含反应性基团的化合物来增加所述反应性基团。

155.根据权利要求154所述的方法，其中，沉积富含反应性基团的化合物包括沉积聚(酰胺)胺。

156.根据权利要求151所述的方法，其中，将构建材料结合到所述图案化材料进一步包括沉积非金属增强剂，其中所述非金属增强剂使得所述构建材料能够在所述图案化材料上生长。

157.根据权利要求156所述的方法，其中，将构建材料结合到图案化材料包括，沉积构建材料，直到所述构建材料在相邻的图案化材料位点之间桥接。

158.根据权利要求157所述的方法，其中，所述增强剂包括硫族化物，其使得所述构建材料能够生长。

159.根据权利要求151所述的方法，其中，所述构建材料包括第一金属，所述方法进一步包括在所述图案化材料上将所述第一金属转化为金属硫族元素。

160.根据权利要求159所述的方法，进一步包括在所述图案化材料上将所述金属硫族元素转化为第二金属：

161.根据权利要求151所述的方法，进一步包括设置所述凝胶，其包括在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络。

162.根据权利要求162所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使凝胶图案化之前。

163.根据权利要求162所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使凝胶图案化之后。

164.根据权利要求162所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在沉积构建材料之后。

165.根据权利要求162所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使材料收缩之后。

166.根据权利要求162所述的方法，进一步包括去除聚合物网络，所述去除聚合物网络包括去除原始凝胶。

167.根据权利要求162所述的方法，进一步包括去除聚合物网络，所述去除聚合物网络包括去除所述额外的聚合物网络。

168.根据权利要求151所述的方法，其中，所述构建材料包括半透明材料，所述将构建材料结合到图案化材料包括产生折射率。

169.根据权利要求169所述的方法，其中，产生折射率包括产生空间依赖性折射率。

170.根据权利要求169所述的方法，进一步包括通过使用离子交换材料产生空间依赖性折射率。

171.根据权利要求170所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括产生大于0.5n的折射率对比度。

172.根据权利要求171所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括通过使用硫族化物转化所述构建材料。

173.根据权利要求173所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括通过沉积聚(酰胺)胺来增加反应性基团。

174.根据权利要求151所述的方法，其中，所述凝胶包括水合凝胶，并且使所述凝胶图案化进一步包括在一个维度上机械压制所述凝胶，从而增加未压制维度上的图案化分辨率。

175.根据权利要求175所述的方法，进一步包括使用单光子光刻。

176.根据权利要求175所述的方法，进一步包括使用双光子光刻。

177.根据权利要求151所述的方法，进一步包括通过结合基团将所述凝胶粘附到表面。

178.根据权利要求178所述的方法，其中，将所述凝胶粘附到表面包括使用由硅烷或硅氧烷组成的结合基团，来官能化所述表面。

179.根据权利要求178所述的方法，其中，将所述凝胶粘附到表面包括使用具有与所述凝胶相反的电荷的结合基团，从而将所述结合基团并入至所述凝胶上。

180.一种用于三维纳米制造的方法，包括：

181.根据权利要求180所述的方法，进一步包括使用单光子光刻。

182.根据权利要求180所述的方法，进一步包括使用双光子光刻。

183.根据权利要求180所述的方法，其中，光活化所述图案化材料包括活化反应性中间体，从而促进所述图案化材料通过所述图案化材料的反应性基团结合到所述凝胶。

184.根据权利要求183所述的方法，其中，所述图案化材料包括聚甲炔染料，所述聚甲炔染料包含与所述反应性中间体相互作用的供体-受体桥。

185.根据权利要求183所述的方法，进一步包括通过沉积富含反应性基团的化合物来增加所述反应性基团。

186.根据要求185的方法，其中，沉积富含反应性基团的化合物包括沉积聚(酰胺)胺。

187.根据权利要求180所述的方法，其中，将构建材料结合到所述图案化材料进一步包括沉积非金属增强剂，其中所述非金属增强剂使得所述构建材料能够在所述图案化材料上生长。

188.根据权利要求187所述的方法，其中，将构建材料结合到图案化材料包括，沉积构建材料，直到所述构建材料在相邻的图案化材料位点之间桥接。

189.根据权利要求188所述的方法，其中，所述增强剂包括硫族化物，所述硫族化物使得所述构建材料能够生长。

190.根据权利要求180所述的方法，其中，所述构建材料包括第一金属，所述方法进一步包括在所述图案化材料上将所述第一金属转化为金属硫族元素。

191.根据权利要求190所述的方法，进一步包括在所述图案化材料上将所述金属硫族元素转化为第二金属。

192.根据权利要求190所述的方法，进一步包括在所述图案化材料上将所述金属硫族元素转化为第二金属。

193.根据权利要求180所述的方法，进一步包括设置所述凝胶，其包括在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络。

194.根据权利要求193所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使凝胶图案化之前。

195.根据权利要求193所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使凝胶图案化之后。

196.根据权利要求193所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在沉积构建材料之后。

197.根据权利要求193所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使材料收缩之后。

198.根据权利要求193所述的方法，进一步包括去除聚合物网络，所述去除聚合物网络包括去除原始凝胶。

199.根据权利要求193所述的方法，进一步包括去除聚合物网络，所述去除聚合物网络包括去除所述额外的聚合物网络。

200.根据权利要求180所述的方法，其中，光活化所述图案化材料包括导向光脉冲至所述凝胶内的不同位置。

201.根据权利要求200所述的方法，其中，所述导向光脉冲包括导向间隔时间量短于所述图案化材料的激发三重态寿命的光脉冲。

202.根据权利要求201所述的方法，其中，所述图案化材料是方酸，导向光脉冲包括导向飞秒脉冲。

203.根据权利要求180所述的方法，其中，所述构建材料包括半透明材料，所述将构建材料结合到图案化材料包括产生折射率。

204.根据权利要求203所述的方法，其中，产生折射率包括产生空间依赖性折射率。

205.根据权利要求203所述的方法，进一步包括：使用离子交换材料产生空间依赖性折射率。

206.根据权利要求204所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括产生大于0.5n的折射率对比度。

207.根据权利要求206所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括使用硫族化物转化所述构建材料。

208.根据权利要求207所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括通过沉积聚(酰胺)胺来增加反应性基团。

209.根据权利要求180所述的方法，进一步包括：通过结合基团将所述凝胶粘附至表面。

210.根据权利要求209所述的方法，其中，将所述凝胶粘附至表面包括：使用由硅烷或硅氧烷组成的结合基团，来官能化所述表面。

211.根据权利要求209所述的方法，其中，将所述凝胶粘附至表面包括：使用带有与所述凝胶的电荷相反的电荷的结合基团，从而将所述结合基团并入至所述凝胶。

212.一种用于三维纳米制造的方法，包括：

213.根据权利要求212所述的方法，其中，将所述凝胶粘附至表面包括：使用由硅烷组成的结合基团，来官能化所述表面。

214.根据权利要求212所述的方法，其中，将所述凝胶粘附至表面包括：使用带有与所述凝胶的电荷相反的电荷的结合基团，从而将所述结合基团并入至所述凝胶中。

215.根据权利要求212所述的方法，其中，光活化所述图案化材料包括：活化反应性中间体，所述反应性中间体促进所述图案化材料经由所述反应性基团与所述凝胶结合。

216.根据权利要求215所述的方法，其中，所述图案化材料包括聚甲炔染料，所述聚甲炔染料包含与所述反应性中间体相互作用的供体-受体桥。

217.根据权利要求215所述的方法，进一步包括：通过沉积富含反应性基团的化合物来增加所述反应性基团。

218.根据要求217的方法，其中，沉积富含反应性基团的化合物包括沉积聚(酰胺)胺。

219.根据权利要求212所述的方法，其中，将构建材料结合到所述图案化材料进一步包括沉积非金属增强剂，其中所述非金属增强剂使得所述构建材料能够在所述图案化材料上生长。

220.根据权利要求219所述的方法，其中，将构建材料结合到所述图案化材料包括：沉积构建材料直至所述构建材料桥接在相邻的图案化材料位点之间。

221.根据权利要求220所述的方法，其中，所述增强剂包括硫族化物，所述硫族化物能够使所述构建材料生长。

222.根据权利要求212所述的方法，其中，所述构建材料包括第一金属，所述方法进一步包括在所述图案化材料上将所述第一金属转化为金属硫族元素。

223.根据权利要求222所述的方法，进一步包括：在所述图案化材料上将所述金属硫族元素转化为第二金属。

224.根据权利要求222所述的方法，进一步包括：在所述图案化材料上将所述金属硫族元素转化为第二金属。

225.根据权利要求212所述的方法，进一步包括：设置所述凝胶，包括在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络。

226.根据权利要求225所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使凝胶图案化之前。

227.根据权利要求225所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使凝胶图案化之后。

228.根据权利要求225所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在沉积构建材料之后。

229.根据权利要求225所述的方法，其中，在所述凝胶中嵌入额外的聚合物网络发生在使材料收缩之后。

230.根据权利要求225所述的方法，进一步包括去除聚合物网络，所述去除聚合物网络包括去除原始凝胶。

231.根据权利要求225所述的方法，进一步包括去除聚合物网络，所述去除聚合物网络包括去除所述额外的聚合物网络。

232.根据权利要求212所述的方法，其中，所述光活化所述图案化材料包括：导向光脉冲至所述凝胶内的不同位置。

233.根据权利要求232所述的方法，其中，导向光脉冲包括导向间隔时间量短于所述图案化材料的激发三重态寿命的光脉冲。

234.根据权利要求233所述的方法，其中，所述图案化材料是方酸，导向光脉冲包括导向飞秒脉冲。

235.根据权利要求212所述的方法，其中，所述构建材料包括半透明材料，所述将构建材料结合到图案化材料包括产生折射率。

236.根据权利要求235所述的方法，其中，产生折射率包括产生空间依赖性折射率。

237.根据权利要求235所述的方法，进一步包括：通过使用离子交换材料产生空间依赖性折射率。

238.根据权利要求236所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括产生大于0.5n的折射率对比度。

239.根据权利要求238所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括使用硫族化物转化所述构建材料。

240.根据权利要求239所述的方法，其中，产生空间依赖性折射率包括通过沉积聚(酰胺)胺来增加反应性基团。

241.根据权利要求212所述的方法，其中，所述凝胶包括水合凝胶，并且图案化所述凝胶进一步包括在一个维度上机械压制所述凝胶，从而改善未压制维度上的图案化分辨率。

242.根据权利要求241所述的方法，进一步包括使用单光子光刻。

243.根据权利要求241所述的方法，进一步包括使用双光子光刻。

技术总结
用于能够实现复杂三维纳米结构的纳米制造的系统和方法，包括：设置凝胶支架；用光敏图案化材料来图案化所述凝胶支架，其中使用光将所述光敏图案化材料图案化到所述凝胶支架中，以生成所需构造体的形状(即，产生所需构造体形状的潜在图案)；将构建材料沉积到潜在图案上，从而所述构造体；以及，使构造体收缩到所需尺寸。该系统和方法利用光敏分子的光敏性和光定位的高精度来制造高分辨率制品。该系统和方法能够制造简单和复杂材料设计的纳米构造体，其中该构造体可以实现多种不同的构建材料和构建材料的梯度。

技术研发人员：丹尼尔·奥兰,阿莫斯·米克斯,舍兰·辛贾里
受保护的技术使用者：光辉科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7