飞秒激光交联制造3D蛋白质微/纳米结构
【日本RIKEN先进光子中心Koji Sugioka教授团队】


       3D打印是一种新兴技术,可以创建几乎任意形状的3D对象。在现有的3D打印技术中,由于其突破衍射极限的超高制造分辨率,飞秒激光多光子聚合被认为是可以制造具有微米和纳米特征尺寸的3D聚合物结构的一种技术。蛋白质是构成人体的生物分子,可按不同功能分为许多类型。3D蛋白质精细结构的人工制造可用于从生物医学设备到软性微光学的各种应用中。

*The inset SEM image is reprinted from Serien and Takeuchi, Appl. Phys. 
Lett. 107, 013702, with the permission of AIP Publishing, copyright 2015
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        日本理化学研究所先进光子中心Serien博士、Sugioka教授研究团队回顾了利用飞秒激光直写技术保留功能的蛋白质3D微/纳米结构的增材制造。该制造方法与基于飞秒激光多光子吸收的聚合物3D打印相似。对于蛋白质的3D打印,飞秒激光也被用于诱导蛋白质分子之间的交联,从而形成连接结构。其关键点在于,在与光敏剂混合的蛋白质分子中对聚焦的飞秒激光束进行3D扫描,可以创建几乎任意形状的3D蛋白质微米和纳米结构。
该综述总结了制备条件,包括蛋白质溶液,激光参数,光敏剂系统和溶剂,并讨论了交联和交联机制所必需的蛋白质性质。最后,将创建的3D蛋白质结构应用于pH制动器,细胞培养支架和微流体中。

研究团队介绍

       日本理化学研究所(RIKEN)先进光子中心Koji Sugioka教授的研究团队致力于研究和开发先进的激光加工技术,以实现低环境负荷、高质量、高效率的材料加工。具体来说,利用飞秒和皮秒激光以极高的峰值强度发射超短脉冲,研制出了其他传统技术无法实现的新材料加工。开发的技术包括3D微/纳米加工、高纵横比的加工和高质量的焊接材料,这些技术有望被应用于制造生物芯片和高功能的光子和电子微器件。
Koji Sugioka教授,日本理化学研究所先进光子中心高级研究员,美国激光研究所(LIA)和日本激光加工学会(JLPS)的理事会成员,SPIE、OSA、LIA和IAPLE会士,东京理科大学和东京电机大学的客座教授。
       Koji Sugioka教授分别于1984年,1986年和1993年在早稻田大学获得电子学学士,硕士和博士学位,并于1986年加入RIKEN,现在是RIKEN先进光子中心RIKEN-SIOM联合研究部门的负责人。Koji Sugioka教授取得了许多重大的研究成果,被公认为是激光和微纳米加工领域最杰出和最有影响力的科学家之一。他目前的兴趣集中在开发先进的激光微处理技术,用于制作透明材料的表面和三维微结构,以及应用于芯片实验室,光子和电子器件。他还关注用于微流体、光流体、微电子和光电子应用的超快激光加工。Koji Sugioka教授在国际期刊上以作者或者共同作者身份发表19篇特邀论文,在日本国内的同行评议期刊上发表170多篇文章。他还出版了两本专著,撰写和出版了11章英文书籍和26章日文书籍,并编辑了2本国际书籍和4本日文书。他拥有光学和激光应用领域的19项专利。他在激光材料加工方面取得了17项大奖,在国际会议上进行了10次大会报告、7次主题报告、10次授课讲座,并在日本100多个会议上做特邀报告。

相关论文

Serien D, Sugioka K. Fabrication of three-dimensional proteinaceous micro- and nano-structures by femtosecond laser cross-linking. Opto-Electronic Advances 1, 180008 (2018).
DOI: 10.29026/oea.2018.180008