レーザープラズマ極端紫外光による生体適合性材料の3次元高アスペクトマイクロ加工

使用激光等离子体极紫外光对生物相容性材料进行 3D 高纵横微加工

基本信息

批准号：
22K04755
负责人：
牧村哲也
金额：
$ 2.58万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本課題では、波長１０ナノメートル前後の光（極端紫外光）を加工用光源とし、これを用いて生体適合性材料を加工する方法を研究する。とくに、波長が短いことを利用して、高アスペクト比の３次元構造を作製することを目標とする。加工用光源として、レーザー光をターゲット材料に集光照射してプラズマを発生し、そのプラズマから輻射されるパルス幅１０ナノ秒の極端紫外光を用いる。発生した極端紫外光を集光し、被加工物に照射する。これにより、被加工物表面を削り取るアブレーション加工を行う。従来の中赤外から紫外のレーザーを用いた加工と比較し、波長が短いためアスペクト比が高い加工が期待できる。また、光子エネルギーが大きいため、熱溶融、表面に発生したプラズマによるエッチングなどによる加工形状の劣化を抑止できる可能性がある。本研究では、ステンシルマスクを通して極端紫外光を厚さ１０マイクロメートルのシリコーンエラストマシートに照射し、開口径が数マイクロメートルの貫通孔を加工できることを示した。この材料の場合、10マイクロメートルのシートに貫通孔を作製する範囲では、加工深さは照射回数に比例する。また、1ショット当たりの加工深さDは、ある相互作用定数aを用いて光強度Iと　D=1/a ln(I/I0) の関係にある。さらに、サブマイクロメートルのスケールでの加工形状を明らかにするため、一辺が２０マイクロメートルの四角形の開口が配列しているマスクを通して加工を行った。加工後、複数の角度から撮影した走査型電子顕微鏡写真を３次元再構成した。概略長方形の形状に削られるが、照射回数を増やすと壁面が垂直に近付くことが明らかになった。以上の研究により、加工形状はビームの強度分布、フレネル回折、強度と加工深さの関係、照射回数で決まっていることを明らかにした。今後これに基づき、設計した形状に加工することを目指す。

在这个主题中，我们将研究一种使用光（极端紫外线）在波长中约10纳米的光源（极其紫外线）处理生物相容性材料的方法。特别是，目标是通过利用短波长来制作具有高纵横比的3D结构。作为处理光源，激光光集中在目标材料上以产生等离子体，并且使用了从血浆辐射的极端紫外线，脉冲宽度为10纳秒。收集生成的极端紫外线并将其照射到工件上。这会导致消融处理以刮掉工件的表面。与使用中红外与紫外线激光器的常规处理相比，波长较短，因此可以预期具有较高纵横比的处理。此外，由于光子能量很大，因此由于表面上产生的血浆引起的热融化和蚀刻，可以防止处理形状的恶化。在这项研究中，通过模板面膜将极端的紫外线照射到厚度为10微米的硅胶弹性片，并通过孔的孔直径为几微米，可以处理。在该材料中，在10千分尺以10千米尺产生的范围内，处理深度与辐照数成正比。此外，使用一定的相互作用常数a，每次拍摄的加工深度D在光强度I和d = 1/a Ln（I/I0）之间的关系中。此外，为了阐明以下微米尺度的处理形状，通过在20微米的每一侧排列的面罩进行处理。处理后，对从多个角度获取的扫描电子显微照片进行了三维重建。尽管通常将其切成矩形的形状，但已经发现，当辐射数量增加时，壁表面垂直接近。上述研究表明，处理形状取决于光束强度分布，菲涅尔衍射，强度和加工深度之间的关系以及辐照数量。我们旨在根据将来基于此设计的设计。