Tweefotonpolymerisatie

Tweefotonpolymerisatie (2PP) is een directe lithografietechniek waarmee 3D-nanostructuren in fotoresists worden geschreven via twee-fotonabsorptie. Het proces maakt gebruik van een pulslaser met zeer korte, hoge-energie pieken (meestal een femtosecond-laser) die bij de focus van een hoge NA-objectief een intensiteit bereiken waarbij twee fotonen tegelijk kunnen worden geabsorbeerd. Door de niet-lineaire afhankelijkheid van de absorptie treedt polymerisatie vrijwel uitsluitend op in een klein centraal volumesegment, waardoor structuren met ruimtelijke afmetingen onder de diffraktielimiet mogelijk zijn.

In tegenstelling tot conventionele lithografie wordt de structuur voxel voor voxel opgebouwd door de focale positie in drie dimensies te verplaatsen. Photoresists die gevoelig zijn voor twee-fotonabsorptie (meestal acrylaten of methacrylaten met een fotoinitiator) worden belicht; na belichting wordt onverhard fotomateriaal verwijderd in een ontwikkelstap. De resin-samenstelling kan de mechanische en optische eigenschappen van de uiteindelijke structuur beïnvloeden.

Historisch gezien ontstond de techniek in de jaren negentig uit werk van verschillende onderzoeksgroepen, waaronder Kawata en collega’s, die aantoonden dat 3D-structuren konden worden geschreven met twee-fotonpolymerisatie. Sindsdien is 2PP uitgegroeid tot een toonaangevende methode voor micro- en nanofabricage in domeinen zoals fotonica, biomedische scaffolds en microfluïdica.

Toepassingen omvatten onder meer micro- en nanostructuren voor geïntegreerde fotonische componenten (zoals microoptische lenzen en waveguides), photonic crystals, en complexe 3D-biomedische scaffolds. Voordelen zijn onder meer 3D-controle en sub-diffractie-resolutie zonder laag-voor-laagfabricage, terwijl nadelen bestaan uit relatief lage schrijfsnelheid, hoge systeemkosten en beperkt materiaalkarakter. Post-processing bestaat vaak uit ontwikkel- en eventueel solventen om ongebelichte reagentia te verwijderen.