二光子重合

しくみ

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   樹脂を 1 滴のせる。 液状のフォトレジン（光で硬化するプラスチック）を 1 滴、ガラススライドの上、またはファイバーの先端やチップの上に直接のせます。

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   レーザーを集光する。 近赤外光（赤より少し外側の、目に見えない光）のフェムト秒パルスが、顕微鏡の対物レンズ（高性能なレンズ）を通ります。光は樹脂の内部の 1 点に集まります。

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   焦点だけを硬化させる。 光が十分に強いのは焦点だけで、そこでは分子が 2 つの光子（光の粒子）を同時に吸収できます。これで、1 ミクロン前後かそれ以下のボクセル（3D のピクセル）が硬化します。

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   3D で描く。 ミラーとステージが、CAD モデルをスライスした経路に沿って焦点を動かし、点ごと、層ごとに描いていきます。部品は液体の中で成長し、サポート構造が不要なことも多いです。

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   液体を洗い流す。 溶剤で未硬化の樹脂を洗い流すと、固体のマイクロ部品が現れます。繊細な部品は、液体の表面張力で曲がらないよう、慎重に乾燥させます。

主なポイント

材料

フォトレジン：アクリレート、SU-8 などのエポキシ、有機–ガラスのハイブリッド樹脂。生体適合性やガラス化する樹脂もあります

代表的な部品

マイクロレンズと光学部品、細胞の足場、マイクロ流体フィルター、格子状のメタマテリアル、世界最小クラスの彫刻

部品サイズ

約 0.1 µm のディテールから。部品全体では、通常はマイクロメートルから数ミリメートル

精度

サブミクロンのディテール。研究用のシステムでは、約 100 nm かそれ以下に達します

表面仕上げ

光学部品に使えるほどなめらか。細かい積層の段差は電子顕微鏡で見えます

向いているロット数

試作品と少量生産。複製を成形するためのマスターにも

金型・設備コスト

金型は不要。プリンターは数十万ドルすることが多い

速度

遅い：数ミリメートルの部品でも数時間かかることがある

強みと限界

使われる場所

• フォトニクスファイバー先端のマイクロレンズ、導波路、回折光学素子
• ライフサイエンス細胞や幹細胞研究のための足場、マイクロニードル
• マイクロ流体流路の内部にプリントした 3D フィルターやミキサー
• MEMS とセンサーマイクロばね、マイクログリッパー、原子間力顕微鏡の探針
• 材料研究機械的メタマテリアル（特殊な性質をもつ格子構造）、ナノ格子
• アートと啓発マイクロ彫刻と、世界最小クラスの造形物

見分け方

• 実物を目にすることはまずありません。部品は砂粒より小さく、研究室、光学部品の試作、研究用デバイスの中にあります。
• 顕微鏡で見ると、小さな 3D プリントのように、細かい階段状の積層の跡をもつ、完璧な形の 3D 物体です。
• 金型では取り出せない、オーバーハング、格子、閉じた中空の形。
• 光ファイバーの切断面にそのまま載っているレンズや構造。

比較

動画を見る

Nanotechnology: Two-Photon Polymerization (2PP)

g Fun Facts online · 原理を短くシンプルに解説

Micrometer racecar from a 3-D printer with nano precision

scientificblogging · 砂粒より小さなレーシングカーのプリント

Nanoscribe - Opportunities in 3D Microfabrication

Nanoscribe · プリントされたマイクロ部品と、電子顕微鏡によるクローズアップ

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UpNano · 市販のプリンターと、その部品のつくり方

実写真を見る

• Wikipedia：Multiphoton lithography — 原理、材料、用途。写真は少なめ
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