Characterization of two-photon photopolymerization fabrication using high-speed optical diffraction tomography

材料科学 光致聚合物 制作 衍射 表征(材料科学) 光学 双光子激发显微术 断层摄影术 光电子学 纳米技术 复合材料 单体 荧光 物理 聚合物 病理 替代医学 医学
作者
Yanping He,Qi Shao,Shih‐Chi Chen,Renjie Zhou
出处
期刊:Additive manufacturing [Elsevier]
卷期号:60: 103293-103293 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.addma.2022.103293
摘要

Two-photon photopolymerization (TPP) has recently become a popular method for the fabrication of three-dimensional (3D) micro- and nanostructures. The reproduction fidelity of the designed micro- and nanostructures is influenced by experimental writing conditions, including laser power, exposure time, etc. To determine the appropriate writing parameters, characterization of morphological features and surface roughness during the experiment is needed. Traditional characterization methods for TPP, e.g., scanning electron microscopy and atomic force microscopy, have limited speed and cannot study internal structures without invasive approaches. Optical diffraction tomography (ODT) is an emerging label-free 3D imaging technique based on reconstructing the object’s 3D refractive index (RI) distribution with diffraction-limited resolution. Here, we propose a non-invasive solution to fully characterize the TPP-fabricated structures using a high-speed ODT technique, which can eliminate the need for complex sample preparation, such as fluorescence labelling or metal-coating, and achieve a full 3D measurement time of 6 ms. By visualizing and studying different TPP-fabricated structures, including embedded spirals and cubes, via the ODT system, the fabrication quality, including 3D morphological features, exposure levels, and surface roughness, can be examined quantitatively. The results suggest our method can effectively improve the fabrication quality and reproducibility of TPP, generating impacts on the nanofabrication community.

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