I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e dell'Università di Heidelberg hanno sviluppato un fotoresist per la microstampa a due fotoni. Ora è stato utilizzato per la prima volta per produrre microstrutture polimeriche tridimensionali con cavità nella gamma nano. In Materiale avanzato , gli scienziati riferiscono come la porosità può essere controllata durante la stampa e come ciò influenzi le proprietà di diffusione della luce delle microstrutture.

I fotoresist sono inchiostri da stampa utilizzati per stampare microstrutture più piccole in tre dimensioni mediante la cosiddetta litografia a due fotoni. Durante la stampa, un raggio laser viene spostato in tutte le direzioni spaziali attraverso il fotoresist inizialmente liquido. Il fotoresist si indurisce solo nel punto focale del raggio laser. Poco per volta, microstrutture complesse possono essere costruite in questo modo. In un secondo passaggio, un solvente viene utilizzato per rimuovere quelle aree che non sono state esposte alle radiazioni. Rimangono complesse architetture polimeriche nell'intervallo micrometrico e nanometrico.

La polimerizzazione a due fotoni, o microstampa a due fotoni basata su questo processo, è stata ampiamente studiata da alcuni anni, in particolare per quanto riguarda la produzione di microottiche, cosiddetti metamateriali, e microscaffold per esperimenti con singole cellule biologiche. Per ampliare lo spettro di applicazioni, sono necessari nuovi materiali stampabili. Questo è il punto di partenza degli scienziati coinvolti nel Cluster of Excellence 3-D Matter Made to Order (3DMM2O) del KIT e dell'Università di Heidelberg. "Con l'aiuto dei fotoresist convenzionali, era possibile stampare trasparente, solo polimeri vetrosi, "dice Frederik Mayer, fisico di KIT e autore principale dello studio. "Il nostro nuovo fotoresist per la prima volta consente la stampa di microstrutture 3D da nanoschiuma porosa. Questa schiuma polimerica ha cavità di dimensioni comprese tra 30 e 100 nm, che sono pieni d'aria."

Dal trasparente al bianco

"Non c'è mai stato un fotoresist per la microstampa laser 3D, con cui è possibile stampare materiale 'bianco', " fa notare Frederik Mayer. Come in un guscio d'uovo poroso, i tanti piccoli fori d'aria nelle nanoarchitetture porose le fanno apparire bianche. La miscelazione di particelle bianche in un fotoresist convenzionale non avrebbe questo effetto, perché il fotoresist deve essere trasparente per il raggio laser (rosso) durante la stampa. "Il nostro fotoresist, "Mayer dice, "è trasparente prima della stampa, ma gli oggetti stampati sono bianchi e hanno un'elevata riflettività." I ricercatori di Karlsruhe e Heidelberg lo hanno dimostrato stampando una sfera di Ulbricht (un componente ottico) sottile come un capello.

Un altro fattore che apre nuove applicazioni è la superficie interna estremamente ampia del materiale poroso. Potrebbe essere utile per processi di filtrazione su spazi ridotti, rivestimenti altamente idrorepellenti, o la coltivazione di cellule biologiche.

La collaborazione di tre dei nove filoni di ricerca del Cluster of Excellence ha rivelato gli usi per i quali il nuovo fotoresist è adatto e come può essere applicato nel miglior modo possibile. Per mezzo di scansioni di microscopia elettronica ed esperimenti ottici, i ricercatori hanno mostrato come le cavità sono distribuite nelle strutture stampate e come la loro formazione può essere controllata variando i parametri di stampa e in particolare l'intensità degli impulsi laser. Il lavoro nel cluster di eccellenza è stato svolto da scienziati dei materiali dell'Università di Heidelberg, nonché da chimici e fisici del KIT.