Los investigadores de LLNL pueden imprimir celosías de pilas de madera con características submicrónicas de una fracción del ancho de un cabello humano. Crédito:Jacob Long y Adam Connell / LLNL
Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han descubierto formas novedosas de ampliar las capacidades de la litografía de dos fotones (TPL), una técnica de impresión 3-D de alta resolución capaz de producir características a nanoescala menores a una centésima parte del ancho de un cabello humano.
Los resultados, publicado recientemente en la portada de la revista Interfaces y materiales aplicados ACS , también libera el potencial de la tomografía computarizada (TC) de rayos X para analizar el estrés o los defectos de manera no invasiva en dispositivos médicos o implantes impresos en 3D integrados.
La litografía de dos fotones generalmente requiere un portaobjetos de vidrio delgado, una lente y un aceite de inmersión para ayudar a que la luz láser se enfoque en un punto fino donde se produce el curado y la impresión. Se diferencia de otros métodos de impresión 3D en resolución, porque puede producir características más pequeñas que el punto de luz láser, una escala que ningún otro proceso de impresión puede igualar. La técnica pasa por alto el límite de difracción habitual de otros métodos porque el material fotorresistente que cura y endurece para crear estructuras, anteriormente un secreto comercial, absorbe simultáneamente dos fotones en lugar de uno.
En el papel, Los investigadores de LLNL describen descifrar el código en materiales resistentes optimizados para la litografía de dos fotones y formar microestructuras 3-D con características de menos de 150 nanómetros. Técnicas anteriores construyeron estructuras desde cero, limitando la altura de los objetos porque la distancia entre el portaobjetos de vidrio y la lente suele ser de 200 micrones o menos. Al dar la vuelta al proceso, colocando el material de protección directamente en la lente y enfocando el láser a través de la resistencia, los investigadores ahora pueden imprimir objetos de varios milímetros de altura. Es más, los investigadores pudieron ajustar y aumentar la cantidad de rayos X que el fotopolímero resiste podría absorber, mejorando la atenuación en más de 10 veces con respecto a los fotoprotectores comúnmente utilizados para la técnica.
Los investigadores de LLNL imprimieron estructuras de celosía de octetos con características submicrónicas sobre una base sólida con un diámetro similar al del cabello humano. Crédito:James Oakdale / LLNL
"En este papel, hemos descubierto los secretos para hacer materiales personalizados en sistemas de litografía de dos fotones sin perder resolución, "dijo el investigador de LLNL James Oakdale, un coautor del artículo.
Debido a que la luz láser se refracta al pasar a través del material fotorresistente, el eje para resolver el rompecabezas, los investigadores dijeron, fue el "índice de coincidencia":descubrir cómo hacer coincidir el índice de refracción del material protector con el medio de inmersión de la lente para que el láser pudiera pasar sin obstáculos. La coincidencia de índices abre la posibilidad de imprimir piezas más grandes, ellos dijeron, con características tan pequeñas como 100 nanómetros.
"La mayoría de los investigadores que quieren utilizar la litografía de dos fotones para imprimir estructuras funcionales en 3-D quieren piezas de más de 100 micrones, "dijo Sourabh Saha, el autor principal del artículo. "Con estas resistencias de índice coincidente, puede imprimir estructuras tan altas como desee. La única limitación es la velocidad. Es una compensación pero ahora que sabemos cómo hacer esto, podemos diagnosticar y mejorar el proceso ".
A través del proceso de impresión 3D de litografía de dos fotones (TPL), los investigadores pueden imprimir celosías de pilas de madera con características submicrónicas, una fracción del ancho de un cabello humano. Crédito:James Oakdale / LLNL
Al ajustar la absorción de rayos X del material, Los investigadores ahora pueden usar la tomografía computarizada de rayos X como una herramienta de diagnóstico para obtener imágenes del interior de las piezas sin abrirlas o para investigar objetos impresos en 3-D incrustados dentro del cuerpo. como stents, reemplazos de articulaciones o andamios óseos. Estas técnicas también podrían usarse para producir y probar la estructura interna de los objetivos para la Instalación Nacional de Ignición, así como metamateriales ópticos y mecánicos y baterías electroquímicas impresas en 3D.
El único factor limitante es el tiempo que lleva construir, por lo que los investigadores buscarán a continuación paralelizar y acelerar el proceso. Tienen la intención de pasar a funciones aún más pequeñas y agregar más funciones en el futuro, usando la técnica para construir real, piezas de misión crítica.
"Es una pieza muy pequeña del rompecabezas que resolvimos, pero tenemos mucha más confianza en nuestras habilidades para empezar a jugar en este campo ahora, ", Dijo Saha." Estamos en un camino en el que sabemos que tenemos una solución potencial para diferentes tipos de aplicaciones. Nuestro impulso por características cada vez más pequeñas en estructuras cada vez más grandes nos está acercando a la vanguardia de la investigación científica que está haciendo el resto del mundo. Y en el lado de la aplicación, estamos desarrollando nuevas formas prácticas de imprimir cosas ".
