基于双光子吸收效应的光刻胶组合物及系统技术方案

本发明专利技术属于光刻胶、激光直写和显微成像技术领域，并公开了一种基于双光子吸收效应的光刻胶组合物及系统，包含光刻胶组合物、激光直写和受激发射损耗成像方法及其系统。所述光刻胶组合物有光引发剂、单体和荧光染料组成。所述光刻胶组合物在进行飞秒激光直写和显影后具有较强的荧光效应。激光直写样品无需镀金，通过STED显微镜来进行荧光成像，实现微纳结构的无损分析。的无损分析。的无损分析。

【技术实现步骤摘要】
基于双光子吸收效应的光刻胶组合物及系统


[0001]本专利技术属于光刻胶、激光直写和显微成像
，更具体地，涉及一种基于双光子吸收效应的光刻胶组合物及系统。

技术介绍

[0002]飞秒激光直写技术是一种基于双光子吸收效应的无掩模光刻技术，通过飞秒激光光束在具有光刻胶基片上进行扫描，直接产生二维或三维图形信息，被认为是微纳加工的理想手段。
[0003]飞秒激光直写光刻胶通常主要有光引发剂和单体组成，光引发剂被飞秒激光直写激发后引发双光子吸收，产生自由基引发单体聚合。未被曝光的光刻胶可以被显影液去除，从而得到直写结构。通过本领域科研人员的努力，直写精度已经可以达到亚100 nm。但是，直写结构需要利用电子显微镜来表征精度或形貌。电子显微镜是一种有损的表征方法，样品往往还需要通过镀金来增加导电性，导致测试样品不能用来进行下一步的实验或测试。受激发射损耗（STED）显微镜是一种基于双光子吸收效应的荧光成像设备，可以实现亚100 nm微纳结构的超分辨无损成像。飞秒激光直写光刻胶中的光引发剂在适当波长激发后可以产生荧光，但是其荧光量子产率（QE）很低，比如常用的光引发剂7
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二乙基氨基
‑3‑
噻吩甲酰基香豆素（DETC）QE为3%，米氏酮QE为0.3%，不能满足荧光成像的要求。
[0004]本专利技术提供一种基于双光子吸收效应的光刻胶组合物及系统，直写结构可以通过受激发射损耗（STED）显微镜来进行荧光成像，样品无需镀金，可以实现微纳样品的无损分析。

技术实现思路
<br/>[0005]针对现有技术以上的发展状况以及对于适用于飞秒激光直写光刻胶研究的不足，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于双光子吸收效应的光刻胶组合物及系统，激光直写样品无需镀金，通过受激发射损耗（STED）显微镜来进行荧光成像，实现微纳结构的无损分析。
[0006]本专利技术的技术方案如下：一种基于双光子吸收效应的光刻胶组合物，包含光引发剂、单体和荧光染料组成；所述单体包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；所述光引发剂选自7
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二乙基氨基
‑3‑
噻吩甲酰基香豆素、米氏酮、2
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异丙基硫杂蒽酮、4
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异丙基硫杂蒽酮、四乙基米氏酮、Irgacure 369、Irgacure 651中的一种或多种；所述光引发剂占单体总量的0.01~10%；所述荧光染料Atto染料；作为优选，所述Atto染料为Atto 565、Atto 647N、Atto 655、Atto 488和Atto 425中的一种或多种；所述荧光染料占单体总量的0.001~10%。
[0007]作为优选，所述光引发剂占单体总量的0.01~1%。
[0008]作为优选，所述荧光染料占单体总量的0.001~1%。
[0009]作为优选，所述荧光染料占单体总量的0.002~0.1%。
[0010]本专利技术还提供了一种基于双光子吸收效应的激光直写系统，包括沿光路方向依次设置的飞秒激光器、光开关、振镜、物镜、压电平台，所述压电平台包括平移台和载玻片，所述平移台用于放置载玻片并调整载玻片的位置，所述载玻片用作光刻胶的载体；激光直写包含载玻片清洗、激光直写、显影三个步骤，所述载玻片选自硅片、普通玻璃、石英玻璃和Si3N4中的一种。
[0011]作为优选，所述载玻片粗糙度为10 nm，载玻片厚度为0.1~1 mm。
[0012]作为优选，所述载玻片粗糙度为1 nm，载玻片厚度为0.15~0.3 mm。
[0013]本专利技术还提供了一种基于双光子吸收效应的受激发射损耗成像系统，包括沿光路方向依次设置的荧光激发激光器、荧光抑制激光器、光束耦合机构、振镜、物镜、压电平台，所述压电平台包括平移台和载玻片，所述平移台用于放置载玻片并调整载玻片的位置，所述载玻片用作光刻胶的载体。
[0014]作为优选，所述荧光激发激光器用于发射激发光，所述激发光为脉冲激光或连续激光，所述荧光抑制激光器用于发射抑制光，所述抑制光为脉冲激光或连续激光，抑制光波长为500~800 nm。
[0015]作为优选，所述激发光为连续激光，激发光波长为400~900 nm；所述抑制光波长为500~800 nm。
[0016]通过上述技术方案的实施，本专利技术至少包括以下有益效果：（1）光刻胶组合物进行飞秒激光直写和显影后具有较强的荧光效应。
[0017]（2）直写样品无需镀金，可以通过受激发射损耗（STED）显微镜来进行荧光成像，实现微纳尺寸样品的无损分析。
附图说明
[0018]附图1 本专利技术的流程图；附图2 本专利技术采用的激光直写系统示意图；附图3 本专利技术采用的STED成像系统示意图；附图4 实施例1的直写结构的STED显微镜照片，其中A图为仅开启STED显微镜的激发光，B图为同时开启STED显微镜激发光和抑制光；附图5 实施例2的直写结构的STED显微镜照片，其中A图为仅开启STED显微镜的激发光，B图为同时开启STED显微镜激发光和抑制光。
具体实施方式
[0019]下面根据附图详细说明本专利技术。
[0020]如图1所示，本专利技术可通过以下步骤实现：光刻胶配制、基底清洗、激光直写、显影、STED显微成像，成像结果可用于其他实验。
[0021]本专利技术的光刻胶组合物，包括光引发剂、单体和荧光染料。
[0022]所述光引发剂需要具有双光子吸收效应，即可被飞秒激光引发产生自由基，从而引发单体聚合。本专利技术通过长期的研究发现光引发剂可以选自7
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二乙基氨基
‑3‑
噻吩甲酰
基香豆素（DETC）、米氏酮、2
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异丙基硫杂蒽酮、4
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异丙基硫杂蒽酮、四乙基米氏酮、Irgacure 369、Irgacure 651中的一种或多种。所述光引发剂占单体总量的0.01~10%，优选为0.01~1%。
[0023]所述单体优选为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，进一步优选为官能团数≥2的多官能团丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。本专利技术通过长期的研究发现单体可以选自季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
[0024]双光子引发剂也具有一定的荧光效应，但是由于大部分双光子引发剂的荧光量子产率（QE）都很低，比如DETC的QE为3%，米氏酮的QE为0.3%，因此荧光强度较低。即使提高光引发剂的含量，也不能有效的改善这个情况。例如对比实施例1中，采用含有1% DETC的光刻胶直写的光栅结构，分别用561 nm和640 nm的激光激发均无法观察到荧光。而在实施例2中，采用含有1% DETC的光刻胶直写的光栅结构，虽然可以被561 nm的激光激发产生荧光，但是信噪比非常低，并不能有效地进行成像分析。需要注意的是DETC在单体中的溶解度十分有限，比如在PETA中，常温下DETC的溶解度不超过1.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双光子吸收效应的光刻胶组合物，其特征在于：包含光引发剂、单体和荧光染料；所述单体包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；所述光引发剂占单体总量的0.01~10%；所述荧光染料为Atto染料；所述荧光染料占单体总量的0.001~10%。2.根据权利要求1所述的基于双光子吸收效应的光刻胶组合物，其特征在于：所述光引发剂占单体总量的0.01~1%。3.根据权利要求1所述的基于双光子吸收效应的光刻胶组合物，其特征在于：所述荧光染料占单体总量的0.001~1%。4.根据权利要求3所述的基于双光子吸收效应的光刻胶组合物，其特征在于：所述荧光染料占单体总量的0.001~0.1%。5.基于双光子吸收效应的激光直写系统，其特征在于：包括沿光路方向依次设置的飞秒激光器、光开关、振镜、物镜、压电平台，所述压电平台包括平移台和载玻片，所述平移台用于放置载玻片并调整载玻片的位置，所述载玻片用作权利要求1
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4任一项所述的光刻胶组合物的载体；激光直写包含载玻片清洗、激光直写、显影三个步骤，所述载玻片选自硅片、普通玻璃、石英玻璃和Si3N4中的一种。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡翠方，邱毅伟，曹春，关玲玲，沈小明，夏贤梦，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：