La fabbricazione con laser a femtosecondi di micro/nanostrutture mediante polimerizzazione a due fotoni (2PP) è un metodo molto promettente per la realizzazione di dispositivi 3D di elevata risoluzione per applicazioni alla fotonica, ai sistemi micromeccanici e per tecnologie lab-on-a-chip. Il meccanismo di assorbimento a due fotoni permette la polimerizzazione selettiva di piccoli volumi focali, con risoluzione migliore del limite di diffrazione, e consente quindi la fabbricazione a diverse profondità senza effetti sul materiale circostante. Muovendo il volume focale all’interno della resina fotosensibile, è possibile realizzare geometria arbitrarie. Dopo una prima fase di irraggiamento, il materiale e non polimerizzato viene rimosso tramite un solvente, lasciando solamente le micro-strutture desiderate. Le potenziali applicazioni di questa tecnologia che stiamo esplorando sono: fabbricazione di impalcature 3D per la crescita e differenziazione di cellule staminali; fabbricazione di microcomponenti ottici; fabbricazione di metamateriali.

Attrezzature

Il setup per la 2PP è costituito da un laser in fibra drogata erbio duplicato in frequenza (TOPTICA). Il laser in mode-locking emette impulsi con una cadenza di ripetizione pari a 100 MHz, durata degli impulsi di 100 fs, lunghezza d’onda centrale di 780 nm e potenza di uscita di 150 mW. Il fascio laser attraversa un attenuatore di intensità meccanizzato, un telescopio per allargarlo ed un otturatore a specchi galvanomagnetici (Altechna), e viene infine focalizzato sul campione tramite un obiettivo con apertura numerica di 1.4 (Plan-APOCHROMAT, 100× oil immersion, Carl Zeiss AG). Il campione è fissato su un traslatore piezoelettrico a 3 assi con risoluzione nanometrica e con massima escursione di 100 µm nelle tre dimensioni spaziali. Il materiale utilizzato è un solgel resist ibrido organico-inorganico (SZ2080) sviluppato recentemente per la 2PP.
La geometria 3D della struttura creata col laser è normalmente visualizzata con tecnica scanning electron microscope (SEM) per poter adeguatamente analizzare le strutture di piccole dimensioni realizzate con questa tecnologia.