Three-dimensional microfabrication using two-photon absorption is attracting considerable attention owing to its various applications. Nevertheless, much of the work in two-photon three-dimensional (3-D) microfabrication has been restricted to the development of two-photon absorbing chromophore. And most researchers have not been concerned about the development of photo-crosslinkable resins for two-photon three-dimensional microfabrication.
In this study, we suggested the copolymer system containing two-photon absorbing (TPA) materials and photo-crosslinkable moieties. This system has some advantages that are increasing of TPA materials and diversifying of resin monomer. In copolymer, first TPA materials receive energy from two-photon laser at 780nm and then emit fluorescence light. I-line photoacid generators (I-line PAGs) absorb this light and generate protons, which go to epoxy moiety so that cross-linking is occurred. Copolymers bearing triphenylamine derivatives as TPA chromophores and epoxy groups as photocrosslinkable monomers were synthesized. We diversified the TPA chromophores with small cross-section values and large cross-section values and compared these by changing quantities. Eventually, 3-D structures using large amounts of TPA materials with small cross-section values were better than using with large cross-section values. Moreover, we enhanced the shape of structures by replacing PAGs with photobase generators (PBGs) and changing to epoxy groups with aromatic benzene ring.
Eventually, we have shown that not only 3-D structures can be manufactured by just increasing amounts of low efficient TPA materials but also resin properties are improved by modifying photo-crosslinkable moieties in the new copolymer system.
이 광자 흡수(two-photon absorption)를 이용한 마이크로 단위의 3차원 구조물 제작에 관한 연구는 여러 분야의 다양한 응용력 때문에 현재 많은 관심을 받고 있다. 하지만 이것에 대한 대부분의 연구는 이 광자 흡수 효율이 높은 물질을 개발하는데 집중되고 있다. 그리하여 광 가교반응을 일으키는 레진을 다양화 하는 연구는 몇몇 연구자들에 의해서만 시도되고 있을 뿐이다. 현재 널리 사용되고 있는 레진으로는 SCR500 이라는 물질이 있는데 이것은 중합이 가능한 아크릴레이트 저중합체를 주재료로 하고 있다. 따라서 이 레진에 이 광자 흡수 물질을 함께 넣고 이 광자 레이저를 쪼이면 이 광자를 흡수하는 물질이 광개시제로 에너지를 전달 하여 단량체로부터 라디칼에 의한 중합 반응이 일어난다. 하지만 현재의 방식으로는 이 광자 흡수 물질의 함량을 증가 시키기가 힘들뿐더러 레진의 특성을 원하는 데로 다양화 시키는데 제한이 따른다.
따라서 본 연구에서는, 현재 전형적으로 쓰이는 방식이 아닌, 이 광자 물질과 광 가교반응을 일으키는 단양체를 모두 포함한 공중합체를 이용, 새로운 방식의 접근으로 3차원 구조물을 형성하고자 한다. 이 시스템에서는 이 광자 흡수 물질의 함량을 자유로이 조절할 수 있을 뿐 아니라 레진도 응용하고자 하는 목적에 맞게 다양화 할 수 있다는 장점이 있다. 우선 현재까지 쓰이고 있는 아크릴레이트 계통의 수축 현상을 고려 하여, 광 가교성 단량체로 에폭시(epoxy moiety)을 선택하였다. 또한 효율이 낮은 이 광자 흡수 물질과 효율이 높은 이 광자 흡수 물질을 모두 만들어 그들의 함량을 다르게 하여 그 특성을 비교 하였다. 이 시스템에서는 이 광자 물질이 이 광자 레이저를 통하여 에너지를 흡수하면서 빛을 내는데 이 빛을 광발산제 (photoacid generator)가 흡수하여 산을 내어 놓으면서 에폭시 단량체에서 가교 반응이 일어나는 메커니즘을 가진다. 이 광자 흡수 효율이 낮은 물질이 많이 들어간 (10mol%) 샘플과 이 광자 흡수 효율이 높은 물질이 적게 들어간 (2mol%) 샘플 두 개를 비교한 결과, 특히 분자량이 낮은 경우에서는, 전자의 샘플만 3차원 구조물을 만들 수 있었다. 이 것으로 보아 공중합체를 이용하여 물질의 함량을 높이는 방법이 3차원 구조물을 만들 때 충분히 이용될 수 있음을 확인하였다. 또한 광발산제 대신에 광발염기제 (photobase generator)을 사용하여 이 광자 흡수 물질로의 산전이를 줄여 구조물의 기울어짐을 막을 수 있었다. 그리고 레진에 아로마틱 링을 도입함으로써 그 단단함을 더욱 증가시켜 미세 구조에서도 쓰러짐을 방지할 수 있었다.
결과적으로, 이 광자 흡수 물질과 광 가교성 단량체를 포함한 공중합체 이용은 낮은 이 광자 흡수 물질을 이용해서도 그 함량을 증가시켜 3차원 구조물 제작을 가능하게 하였을 뿐 아니라 단량체를 바꿔주므로 인해서 쉽고도 다양하게 그 특성을 향상시킬 수 있게 하였다.
