tvåfotonpolymerisering

Tvåfotonpolymerisering (2PP) är en icke-linjär fotopolymeriseringsprocess där ett fotopolymeriserande resin polymeriseras endast i det fokala volymen när det utsätts för intensiva ultrakorta laserpulser. Polymerisationen uppnås via tvåfotonabsorption, där foton absorberas samtidigt av fotoinitiatorn i resinen. Eftersom sannolikheten för tvåfotonabsorption ökar med kvadraten av ljusstyrkan sker polymeriseringen i den mycket små fokala kärnan, vilket möjliggör tredimensionell konstruktion inom resinen utan lager‑för‑lager-skrift.

Processen kräver en fokuserad femtosekunds laser i nära infraröd regionen, oftast 700–900 nm, samt en hög NA‑objektiv för ett mycket litet fokus. Resinen innehåller fotopolymeriserbara monomerer/oligomerer och fotoinitiatorer med tvåfotonabsorption som bildar fria radikaler när de exponeras av hög intensitet. Genom att exponera endast fokalområdet kan 3D-strukturen skrivas voxel för voxel; oexponerat resin avlägsnas i efterbearbetningen (utveckling).

Upplösningen är vanligtvis submikron; lateral upplösning ned till cirka 100 nm har rapporterats medan axial upplösning ofta är något större och påverkas av objektivets NA och resintypen. Materialbasen är oftast acrylat- eller metacrylatbaserade resiner med tvåfotonaktiva fotoinitiatorer; kommersiella 2PP-resiner finns för forskning och industri.

Historik och användningsområden: 2PP utvecklades i slutet av 1990-talet av Kawata och kollegor vid Osaka University där det första 3D-mikrostrukturer demonstrerades. Sedan dess har tekniken använts för precismikrostrukturer i fotonik och mikrooptik, mikrofluidik, biologiska scaffolds och metamaterial, samt för prototypframställning och forskning. Begränsningar: lång skrivtid, dyr hårdvara, kräver specialresiner och efterbehandling.