Ученые Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля (ИБХФ) РАН вместе с американскими коллегами исследовали фотохимические свойства и реакционную способность оригинального российского фотосенсибилизатора для 3D-печати. Результаты работы научного коллектива позволят сделать процесс производства исходных материалов для создания линз более технологичным и вывести его на новые мощности.

Подобрав оптимальные условия для производства наноразмерных микроструктур методом двухфотонной фотолитографии, исследователи смогли улучшить показатели скорости и точности печати микролинз для фокусировки рентгеновского излучения.

Исследование опубликовано в Polymers.

Изготовление микрооптических элементов с требуемой формой и высокими значениями кривизны остается непростой задачей. По словам специалистов, существующий дефицит мощностей для производства наноразмерной продукции затрудняет процессы создания чипов для микроэлектроники, и соответственно, требует поиска новых подходов. Так, ученые исследовали механизм фотохимических процессов, проходящих при фотоактивации кетоцианиновых красителей.

Двухфотонная фотополимеризация (одна из разновидностей фотолитографического метода) представляет собой уникальную технологию, позволяющую создавать объёмные структуры с требуемым разрешением. В ее основе – двухфотонное поглощение сфокусированного и очень короткого по времени импульса лазера.

«За счет того, что реакция происходит в малом объеме и конкретную область можно задавать фокусировкой лазера, возможно печатать объемные структуры», – пояснил соавтор исследования, Алексей Костюков, кандидат химических наук, старший научный сотрудник ИБХФ РАН.

Ученые обнаружили, что с помощью модификации структуры бензилиденкетонового фотоинициатора метакрилатными группами, родственными структуре мономера (PETTA), можно усилить фотохимическую реакционную способность инициатора и его растворимость в системе.

«Общие химические правила растворимости можно охарактеризовать так: “подобное растворяется в подобном”. Введя в структуру фотоинициатора фрагменты похожие на мономер, выступающий в том числе растворителем в системе, мы добились лучшей растворимости фоноинициатора», – резюмировал Алексей Костюков.

Предложенный учеными подход положительно сказался на скорости и точности 3D-печати. Достигнутый результат – модельная структура размером менее 80 нм, при линейной скорости печати 180 мкм/с и 5 мВт мощности лазера – позволяет использовать предложенный подход для изготовления конструкций со сверхразрешающей способностью, такие как микрооптические линзы для рентгеновского излучения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации и частично в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом.