[发明专利]使用光固化组合物的双光子立体光刻成型

说明书

相关申请的交叉引用

本申请特要求于2007年7月20日提出的，申请号为60/929,972的美国临时专利申请的权利，现通过引用将该临时专利申请的内容结合于本文。

本申请与发明名称为“减少焦平面变形的光束聚焦装置和方法”的PCT申请相关，该PCT申请的申请人与本申请的完全一致，现通过引用将该PCT申请的内容结合于本文。

技术领域

本发明涉及双光子立体光刻成型，特别是使用光固化组合物的双光子立体光刻成型的方法。

背景技术

双光子立体光刻成型是一门新兴的、有前景的技术，具有许多潜在的应用，例如应用于半导体产业中，用于光子学器件，应用于无线通讯产业中，用于微机电系统(MEMS)或纳机电系统(NEMS)，应用于快速成型工业中，应用于组织工程中，以及应用于化学与制药工业中。双光子立体光刻成型(如双光子聚合反应)是利用局部双光子吸收/激发来引起目标物的结构转变。然而，并非所有的材料都适用于双光子立体光刻成型。只有在某些材料中，才能在充足的速率下进行双光子吸收引发的聚合反应，以实际应用于双光子立体光刻成型。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种将材料加工成三维物品的方法，该方法包括提供一种光固化材料和光引发剂，所述的光固化材料包括(甲基)丙烯酸酯官能度至少为3且分子量(MW)至少为650的聚(甲基)丙烯酸酯，(甲基)丙烯酸酯官能度为2～4且分子量为400～10,000的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯，以及由双酚A或双酚F制得的双(甲基)丙烯酸酯；将光束聚焦在材料的聚焦区域中，从而在聚焦区域中引发双光子吸收，并由此引发聚焦区域中的材料发生聚合反应；以及根据预选的图案将光束扫描穿过材料，从而将光束聚焦在不同的预选区域中，以引发预选区域上的材料发生聚合反应。

材料的未聚合部分可以从材料的聚合部分中除去，从而形成三维的成品。该材料可以包括重量百分比为2％～20％的聚(甲基)丙烯酸酯，重量百分比为20％～60％的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯，重量百分比为20％～80％的双(甲基)丙烯酸酯，以及重量百分比为0.1％～10％的光引发剂。聚(甲基)丙烯酸酯的分子量可以在880～1200的范围内。该材料可以包括重量百分比为5％～18％的聚(甲基)丙烯酸酯。该材料可以包括重量百分比为20％～50％的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯。该材料可以包括重量百分比为35％～55％的双(甲基)丙烯酸酯。该材料可以包括重量百分比为2％～8％的光引发剂。该材料可以包括重量百分比为8％～16％的聚(甲基)丙烯酸酯，重量百分比为25％～45％的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯，重量百分比为40％～50％的双(甲基)丙烯酸酯，以及重量百分比为3％～7％的光引发剂。该双(甲基)丙烯酸酯可以是单体或寡聚体。该双(甲基)丙烯酸酯可以是乙氧基化双酚A二丙烯酸酯与乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯的混合物。可以根据第一预选图案扫描光束，从而在第一层内的预选区域中引发聚合反应，随后根据第二预选图案扫描光束，从而在第二层内的预选区域中引发聚合反应。第一图案和第二图案可以是不同的或者是相同的。可以重复进行扫描，从而使材料在若干层上的选定区域聚合。光束在聚焦区域上的光斑尺寸可以约为2μm或更小值。聚焦区域的体积可以约为10^-12cm³或更小值。

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行说明，在此基础上，本发明的其它方面和特征对本领域的技术人员来说是显而易见的。

附图说明

附图仅是通过实施例对本发明的具体实施方式进行说明，其中：

图1是一个双光子立体光刻成型设备的示意图；

图2是图1所示的物镜、目标物和支架的侧视图；

图3是使用图1所示的设备以及本发明的一个实施例所述的组合物进行双光子聚合反应所制得的第一个成品的顶视图的扫描电镜(SEM)图像；

图4是图3所示的成品在另一不同状态下的透视图的SEM图像；

图5是使用图1所示的设备以及本发明的一个实施例所述的组合物进行双光子聚合反应所制得的第二个成品的顶视图的SEM图像，该成品具有一排单元器件；而

图6是图5所示成品上的一个单元器件的俯视图的SEM图像。

具体实施方式