পাঠ 13.8মাইক্রো ও ন্যানোঅধ্যায় 13 · মাইক্রো ও ন্যানোফ্যাব্রিকেশন

টু-ফোটন পলিমারাইজেশন

শুধু লেজারের ফোকাসে রেজিন শক্ত করে 3D মাইক্রো-অংশ প্রিন্ট করে

টু-ফোটন পলিমারাইজেশন জীবন্ত কোষের মাপে 3D প্রিন্টিং। ফোকাস করা লেজার শুধু তার ফোকাল বিন্দুতেই তরল রেজিন শক্ত করে, তাই সেই বিন্দু সরিয়ে এক মাইক্রনের (0.001 mm) নিচের খুঁটিনাটিসহ বস্তু আঁকা যায়। এটি অপটিক্যাল ফাইবারের ডগায় মাইক্রো-লেন্স এবং কোষ বাড়ানোর স্ক্যাফোল্ড প্রিন্ট করে।

ছবি: Spanholz, CC BY-SA 4.0, সূত্র: Wikimedia Commons

টু-ফোটন পলিমারাইজেশন · প্রিন্টারের পাশের দৃশ্য, ফোকাসের জুম ও তৈরি অংশবৃত্তাকার সংখ্যাগুলো নিচের ধাপের সঙ্গে মেলে; ডানের প্যানেলগুলো ফোকাস বড় করে দেখায় এবং তৈরি অংশ দেখায়।

যেভাবে কাজ করে

এক ফোঁটা রেজিন রাখুন। এক ফোঁটা তরল ফোটোরেজিন (আলোয় শক্ত হওয়া প্লাস্টিক) কাচের স্লাইডে, অথবা সরাসরি ফাইবারের ডগা বা চিপে রাখা হয়।
লেজার ফোকাস করুন। নিকট-ইনফ্রারেড আলোর (লালের ঠিক ওপারে, আমাদের কাছে অদৃশ্য) ফেমটোসেকেন্ড পালস মাইক্রোস্কোপ অবজেক্টিভের (শক্তিশালী লেন্স) ভেতর দিয়ে যায়। সেগুলো রেজিনের ভেতরে একটি বিন্দুতে মিলিত হয়।
শুধু ফোকাসে শক্ত করুন। শুধু ফোকাসেই আলো এত তীব্র যে অণুগুলো একসঙ্গে দুটি ফোটন (আলোর কণা) শোষণ করে। তাতে একটি ভক্সেল শক্ত হয়: এক মাইক্রন বা তার চেয়ে ছোট একটি 3D পিক্সেল।
3D-তে লিখুন। আয়না ও স্টেজ CAD মডেল থেকে কেটে নেওয়া পথ ধরে ফোকাস সরায়, বিন্দু বিন্দু ও স্তর স্তর করে। অংশটি তরলের ভেতরেই বাড়ে, প্রায়ই সাপোর্ট কাঠামো ছাড়া।
তরল ধুয়ে ফেলুন। একটি সলভেন্ট শক্ত-না-হওয়া রেজিন ধুয়ে সরিয়ে কঠিন মাইক্রো-অংশটি প্রকাশ করে। নাজুক অংশ সাবধানে শুকানো হয়, যাতে তরলের পৃষ্ঠটান তাদের বাঁকিয়ে না দেয়।

মূল তথ্য

উপাদান: ফোটোরেজিন: অ্যাক্রিলেট, SU-8-এর মতো ইপক্সি, হাইব্রিড জৈব-কাচ রেজিন; কিছু বায়োকম্প্যাটিবল বা কাচ-গড়ার রেজিন
সাধারণ অংশ: মাইক্রো-লেন্স ও অপটিক্স, কোষের স্ক্যাফোল্ড, মাইক্রোফ্লুইডিক ফিল্টার, ল্যাটিস মেটামেটেরিয়াল, রেকর্ড-ক্ষুদ্র ভাস্কর্য
অংশের আকার: প্রায় 0.1 µm থেকে শুরু করে বৈশিষ্ট্য; পুরো অংশ সাধারণত কয়েক মাইক্রোমিটার থেকে কয়েক মিলিমিটার
নির্ভুলতা: সাব-মাইক্রন খুঁটিনাটি; গবেষণা সিস্টেম প্রায় 100 nm বা তার কম বৈশিষ্ট্যে পৌঁছায়
পৃষ্ঠের মান: অপটিক্সের জন্য যথেষ্ট মসৃণ; ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপে সূক্ষ্ম স্তরের ধাপ দেখা যায়
কোন ব্যাচ আকারে মানানসই: প্রোটোটাইপ ও ছোট সিরিজ; কপি মোল্ড করার জন্য মাস্টারও
টুলিং ও মেশিনের খরচ: কোনো টুলিং লাগে না; প্রিন্টারের দাম প্রায়ই কয়েক লক্ষ ডলার
গতি: ধীর: কয়েক মিলিমিটার মাপের একটি অংশে কয়েক ঘণ্টা লাগতে পারে

শক্তি ও সীমাবদ্ধতা

শক্তির দিক

সাব-মাইক্রন রেজোল্যুশনে সত্যিকারের ফ্রি-ফর্ম 3D
মাস্ক বা মোল্ড লাগে না: সরাসরি CAD থেকে অংশ
ফাইবার, চিপ এবং চ্যানেলের ভেতরেও প্রিন্ট করা যায়
মসৃণ, অপটিক্যাল মানের পৃষ্ঠ সম্ভব

সীমাবদ্ধতা

কয়েক মিলিমিটারের বেশি কিছুর জন্য খুব ধীর
বিল্ডের আয়তন ছোট এবং প্রিন্টার দামি
শুধু আলোয়-শক্ত-হওয়া রেজিনে সীমিত
সংকোচন অংশ বিকৃত করে, যদি না নকশায় তা পুষিয়ে নেওয়া হয়

কোথায় ব্যবহৃত হয়

ফটোনিক্সফাইবারের ডগায় মাইক্রো-লেন্স, ওয়েভগাইড, ডিফ্র্যাকটিভ অপটিক্স
জীববিজ্ঞানকোষ ও স্টেম-সেল গবেষণার স্ক্যাফোল্ড, মাইক্রো-নিডল
মাইক্রোফ্লুইডিক্সচ্যানেলের ভেতরে প্রিন্ট করা 3D ফিল্টার ও মিক্সার
MEMS ও সেন্সরমাইক্রো-স্প্রিং, মাইক্রো-গ্রিপার, অ্যাটমিক ফোর্স মাইক্রোস্কোপের ডগা
ম্যাটেরিয়াল গবেষণাযান্ত্রিক মেটামেটেরিয়াল (অস্বাভাবিক বৈশিষ্ট্যের ল্যাটিস), ন্যানো-ল্যাটিস
শিল্প ও প্রচারমাইক্রো-ভাস্কর্য ও রেকর্ড-ক্ষুদ্র বস্তু

কীভাবে চিনবেন

প্রায় কখনোই দেখবেন না: অংশগুলো বালুকণার চেয়েও ছোট এবং থাকে ল্যাবে, প্রোটোটাইপ অপটিক্সে ও গবেষণার যন্ত্রে।
অণুবীক্ষণে: নিখুঁত আকারের 3D বস্তু, সূক্ষ্ম সিঁড়ির মতো স্তরের দাগসহ, যেন ছোট্ট একটি 3D প্রিন্ট।
ওভারহ্যাং, ল্যাটিস এবং বদ্ধ ফাঁপা আকার, যা কোনো মোল্ড ছাড়াতে পারত না।
অপটিক্যাল ফাইবারের কাটা প্রান্তে সরাসরি বসা একটি লেন্স বা কাঠামো।