中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程实验室的李家文副教授与美国加州大学圣地亚哥分校Shaochen Chen教授合作，提出一种局域相位缺失法调控贝塞尔光束的方法，并利用此方法实现了复杂微管道以及仿生人造气孔结构的高效加工。该成果以“Microtubes with Complex Cross Section Fabricated by C Shaped Bessel Laser Beam for Mimicking Stomata That Opens and Closes Rapidly”为题，发表在国际著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces [DOI: 10.1021/acsami.8b11173]（一区，影响因子8.097）上。
微纳米尺度管道在粒子运输、微纳传感、细胞捕获、药物传输、化学催化等领域具有重要的应用价值。管径为几微米且壁厚为亚微米量级的复杂截面微管道高效制备一直是个难题。该工作将传统贝塞尔光束的局部相位调制为缺失状态，将圆形贝塞尔光束调控成“C”形，并利用空间光调制调控贝塞尔光束的拓扑荷、可控半径和相位缺失形状等参数，产生灵活调控可控的“C”形光场分布。利用飞秒激光双光子聚合效应配合3D移动平台，就可以快速、高效地制备出各种复杂形状的微管道和微结构 (管道“C”形截面直径可达到几个µm，管壁厚度达到几百nm，管道长度达到200µm）。
图1：利用C形光束快速制备复杂形状微结构和微管道
此外，研究人员还利用“C-shaped”光场快速制备了仿生人造气孔结构。该人造气孔在毛细力的作用下，可以在几秒内迅速地张开和闭合，其响应速度比传统人造气孔提高了一个数量级。利用这一特性，成功在仿生气孔结构中实现了粒子捕获和气泡生成。
图2：（上图）仿生人造气孔的快速张开和闭合；（下图）微气泡的生成和微颗粒的捕获
论文第一作者是工程科学学院博士生潘登，吴东教授、李家文副教授为论文的通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院科研装备研制基金和中国博士后科学基金等项目资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b11173