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Mikrodruck Kleinste Mikrostrukturen mit Fotolack drucken

Redakteur: Katharina Juschkat

Forscher des Exzellenzclusters „3D Matter Made to Order“ haben einen neuen Fotolack entwickelt, mit dem sich dreidimensionale Mikrostrukturen 3D-drucken lassen.

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Farbwechsel: Der rechte, mit dem neuartigen Fotolack gedruckte Mikro-Zylinder erscheint weiß, weil in seiner schwammartigen Struktur das Licht gestreut wird, während der aus herkömmlichem Fotolack gedruckte Zylinder transparent erscheint.
Farbwechsel: Der rechte, mit dem neuartigen Fotolack gedruckte Mikro-Zylinder erscheint weiß, weil in seiner schwammartigen Struktur das Licht gestreut wird, während der aus herkömmlichem Fotolack gedruckte Zylinder transparent erscheint.
(Bild: 3DMM2O)

Am Exzellenzcluster „3D Matter Made to Order“ des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Universität Heidelberg ist es Forschern erstmals gelungen, 3D-Mikrostrukturen aus porösem Nano-Schaum zu drucken. Möglich wurde das durch einen neu entwickelten Fotolack für den Zwei-Photonen-Mikrodruck.

Was ist Zwei-Photonen-Mikrodruck?

Fotolacke sind Drucktinten, mit denen in der sogenannten Zwei-Photonen-Lithographie kleinste Mikrostrukturen 3D-gedruckt werden können. Während des Drucks wird ein Laserstrahl durch den zunächst flüssigen Fotolack in alle Raumrichtungen bewegt. Hierbei härtet der Fotolack lediglich im Fokuspunkt des Laserstrahls aus. Nach und nach können so komplexe Mikrostrukturen aufgebaut werden.

In einem zweiten Schritt wäscht ein Lösungsmittel jene Bereiche aus, die nicht belichtet worden sind. Übrig bleiben komplexe Polymer-Architekturen im Mikro- und Nanometer-Maßstab.

Neuentwickelter Fotolack für Mikrostrukturen im Nanobereich

Bisher war es lediglich möglich, transparente, glasartige Polymere zu drucken. Der neu entwickelte Fotolack ermöglicht es jetzt erstmals, 3D-Mikrostrukturen aus porösem Nano-Schaum zu drucken. Dieser Polymer-Schaum weist Hohlräume einer Größe zwischen 30 und 100 Nanometern auf, die mit Luft gefüllt sind.

Mit dem neuen Material ist es jetzt möglich, statt transparentem weißes Material zu drucken. Wie in einer porösen Eierschale bewirken die zahlreichen winzigen Luftlöcher in den porösen Nano-Architekturen, dass diese weiß erscheinen. Einfach weiße Partikel in einen herkömmlichen Lack zu mischen, wäre keine Lösung, denn während des Drucks muss der Fotolack für den roten Laserstrahl transparent sein. Damit reflektieren die Oberflächen besser.

Anwendungspotential für den Zwei-Photonen-Mikrodruck

Das bisherige Anwendungsspektrum des Mikrodrucks reicht von der Herstellung von Mikrooptiken, von sogenannten Metamaterialien bis zur Herstellung von Mikrogerüsten für Experimente mit einzelnen biologischen Zellen.

Das neue Material hat durch seine reflektierende Oberfläche verschiedene neue Anwendungsmöglichkeiten. Diese Eigenschaft demonstrieren die Forschenden aus Karlsruhe und Heidelberg mit dem Druck einer haarfeinen Ulbricht-Kugel, eines Bauelements der technischen Optik, das zur Lichtmesstechnik verwendet wird.

Ein anderer Faktor, der neue Möglichkeiten eröffnet, ist die extrem große innere Oberfläche des porösen Materials. Bei Filtervorgängen auf kleinstem Raum, bei extrem wasserabweisenden Beschichtungen oder bei der Kultivierung biologischer Zellen könnte dies einst positiv zu Buche schlagen.

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