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Fabrication of polymer microstructures by laser assisted photolithographic methods

Herstellung von Polymer-Mikrostrukturen mittels photolithographischer Methoden
 
: Pérez Hernández, Heidi Rosalia
: Lasagni, Andrés-Fabián

Dresden, 2013, II, 140 pp.
Dresden, TU, Diss., 2013
English
Dissertation
Fraunhofer IWS ()
polymer; Laser; Methode; Oberflächentechnik; Wärmebehandlung; Kunststofftechnologie

Abstract
In dieser Arbeit werden zwei, sowohl berührungslose als auch maskenfreie, photolithographische Methoden zur Herstellung zweidimensionaler Strukturen mit Auflösungen im Mikrometerbereich vorgestellt. Nanosekunden-Laserpulse wurden verwendet, um verschiedene Prozesse der chemischen Strukturierung zu induzieren: i) Photovernetzung (Verknüpfung von Oligomeren oder Makromeren in Anwesenheit eines Initiators), ii) Photolytische Spaltung (Zerlegung eines Polymernetzwerkes in kleinere, lösliche Moleküle), iii) Photopolymerisation eines Monomers von einer Oberfläche (Pfropfung von Polymerbürsten) und iv) chemische Pfropfung von Akrylatfunktionalisierten Makromolekülen. Durch Mikrolinsenarray (MLA) Strukturierung wurden proteinabweisende Poly(ethylene glycol)-Mikrostrukturen durch Photovernetzung bzw. photolytische Spaltung auf biofunktionalen Oberflächen erzeugt, um zelladhäsive Mikrodomänen unterschiedlicher Geometrie zu generieren. Die auf diese Weise erzeugten Oberflächen erlauben die räumliche Kontrolle der Zelladhäsion. Abhängig von der Größe der Mikrodomänen konnten einzelne oder multiple Zellenarrays geschaffen werden. Durch die Laserinterferenzlithographie (LIL) Strukturierung wurden "Grafting from"- und "Grafting to"- Polymerbürsten auf verschiedenen Oberflächen erzeugt. Durch LIL konnten Polymerbürsten aus Poly(styrene), Poly(methyl methacrylate) and Poly(N, N dimethylamino ethylmethacrylate) mittels SIPGP auf Aminopropylsilan (APTes) -Monolagen, vernetztem Aminobiphenylthiol (ABPT) sowie auf Graphen- Monolagen erzeugt werden. Zusätzlich wurde mit Hilfe der LIL ein direktes chemisches pfropfen von Akrylat-Poly(ethylenglycol) -Oligomeren und -Makromeren auf APTes Monolagen sowie auf Poly(ethylenterephthalat)- and Poly(etheretherketone)-Filmen durchgeführt.and directly on Polyfethylene terephtalate) and Poly(ether ether ketone) films.

 

This work presents twomask-less photolithographic methods to fabricate polymer structures with micrometer resolution on different surfaces. Pulsed laser irradiation was used to induce different chemical processes for photolithographic patterning: i) photocrosslinking (networking starting from an oligomer or macromersin the presence of an initiator), ii) Photolytic cleavage (break down of a crosslinked polymer network into smaller solublemolecules), iii) photopolymerization of a monomer from a surface ("Grafting From" polymer brushes), and iv) chemical grafting ("Grafting To") of acrylatefunctional macromolecules. Photocrosslinkable or photocleavable (protein repellent) Poly (ethylene glycol) hydrogels were microstructured on biofunctional surfaces by Micro Lens Array Patterning (MLAP) to form cell-adhesive microdomains with different geometries. The patterned surfaces allowed spatial control of cell adhesion and spreading. Depending on the size of these microdomains, single and multiple cell arrays were obtained. Direct patterning of polymer brushes by "Grafting From" or "Grafting To", on different surfaces was performed by Laser Interference Lithography (LIL). By SIPGP (Self-initiatiated photopolymeryzation and photografting) and LIL, patterned polymer brushes of poly(styrene), poly(methyl methacrylate) and poly(N, N dimethylamino ethylmethacrylate) were obtained on aminopropyltriethoxysilane (APTes) monolayer, crosslinked aminobiphenylthiol (ABPT) andgraphene. Direct patterning by chemical grafting and LIL of acrylate functional polyfethylene glycol) oligomer and macromers was performed on APTes.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-362431.html