高分辨3D水凝膠微結(jié)構(gòu)的雙光子聚合水相微加工.pdf

1、雙光子吸收（Two-photon absorption, TPA）是一種三階非線性光學(xué)過程，是指強光激發(fā)下，分子通過同時吸收和結(jié)合兩個低能量的光子(兩個光子的能量可以相同也可以不同)，誘導(dǎo)分子躍遷到激發(fā)電子態(tài)的過程?；陔p光子吸收特性的雙光子聚合具有空間選擇性高、長波激發(fā)短波發(fā)射和穿透深度大等優(yōu)點。因此利用在介質(zhì)中穿透力強、入射損耗小的近紅外激光作為光源的雙光子聚合微加工（Two-photon polymerization microf

2、abrication, TPPM）可制備任意的三維微結(jié)構(gòu)，且微結(jié)構(gòu)的分辨率已經(jīng)超過瑞利判據(jù)的光學(xué)衍射極限，是一種比較先進的3D直寫打印技術(shù)。近年來，該技術(shù)廣泛用于三維信息存儲、光子晶體和光波導(dǎo)等光學(xué)元件加工。最近TPPM加工用于組織工程和藥物遞送的3D水凝膠是研究的熱點，水凝膠是含水量與軟組織相似的聚合物材料。但是TPPM引發(fā)劑多為疏水性化合物，需要在有機溶劑體系的樹脂中進行，導(dǎo)致部分有機溶劑殘留在加工的3D水凝膠微結(jié)構(gòu)中。目前，該領(lǐng)域

3、急需解決的關(guān)鍵問題是：研制水溶性的高活性雙光子聚合引發(fā)劑，并且提高用水溶性引發(fā)劑加工的微結(jié)構(gòu)的分辨率，因為高分辨的3D水凝膠在組織工程和藥物遞送方面具有重要的作用。
　　針對這一問題，本研究以親疏水組裝的方法來制備水溶性雙光子聚合引發(fā)劑，并對制備的水溶性雙光子聚合引發(fā)劑的光學(xué)性質(zhì)和加工性能進行了系統(tǒng)的研究，加工出了分辨率為92 nm的水凝膠線，首次將3D水凝膠的分辨率降到100 nm以下。
　　首先，利用兩親性的泊洛沙姆（P

4、F127）與具有高引發(fā)活性引發(fā)劑2,7-二（4-戊烷氧基-苯乙烯）-蒽醌進行親疏水組裝，制備水溶性的雙光子聚合引發(fā)劑（WTPPI）使得水溶性增大，實現(xiàn)水相中生物相容性單體的雙光子聚合。WTPPI在波長為780 nm處的雙光子吸收截面為200 GM，這比之前報導(dǎo)的水溶性引發(fā)劑的雙光子吸收截面大很多。引發(fā)單體（聚乙二醇丙烯酸酯）聚合的閾值是6.29 mW（引發(fā)劑在樹脂中的摩爾分?jǐn)?shù)是0.03％）。橫向分辨率為92 nm。該閾值比最近報導(dǎo)的水相

5、中雙光子聚合的閾值8.6 mW低很多，并且首次將水凝膠的分辨率提高到100 nm以下。研究了固定掃描速度和激光功率對線寬的影響，在激光能量為9 mW、掃描速度為10μm/s下，加工了完整的天津大學(xué)?；斩S結(jié)構(gòu)。固定掃描速度為110μm/s，在激光能量分別為7.27 mW、9.46 mW、11.27 mW下，加工了精細(xì)的三維腺病毒結(jié)構(gòu)，研究激光能量對結(jié)構(gòu)精細(xì)度的影響。并加工了碳納米管結(jié)構(gòu)，研究水凝膠對PH的響應(yīng)性。
　　我們的3D水