3D-печать для микроструктур

Конструкторское бюро оптической литографии, созданное на Физтехе в 2022 году, уже разработало уникальный прибор — литограф для печати 3D-объектов с размерами элементов 150 нм и разрешением 350 нм. Микроструктуры с такими характеристиками широко применяются в медицине и фотонике, в частности при создании элементов интегральных схем или мембранных биоструктур

Литограф 3D-микропечати

Первые шаги, связанные с исследованием физических принципов предшественника этого устройства — двухфотонного фотолитографа, были сделаны в отделе люминесценции имени Вавилова ФИАН. Над проектом работала группа Алексея Григорьевича Витухновского.

В 2014 году под его руководством, в рамках проекта Минобрнауки 5-100, была открыта лаборатория технологий 3D-печати функциональных микроструктур уже на Физтехе. В лаборатории продолжились исследования подходов к улучшению двухфотонной литографии и микроструктур, полученных этим методом литографии.

В 2022 году в рамках федерального проекта «Развитие отечественного приборостроения гражданского назначения для научных исследований» прошел конкурс Минобрнауки на опытно-конструкторскую разработку научных приборов. По ее итогам Физтех получил госзадание на однолучевой оптический литограф с превышением дифракционного предела, который работает на принципе двухфотонной полимеризации.

«Для конструирования фотолитографического оборудования и других оптических приборов было создано конструкторское бюро в МФТИ. Благодаря техническому заделу и блестящей команде фотолитограф был успешно создан, а характеристики и работоспособность решений подтверждена с помощью опытного образца»,— рассказал руководитель конструкторского бюро Данила Колымагин.

Сейчас в Конструкторском бюро работают 15 специалистов, в том числе три магистранта, аспирант, два доктора наук и пять кандидатов наук. Сотрудники Конструкторского бюро участвуют в конкурсах РНФ, получают президентские стипендии.

Литограф КБ МФТИ дешевле иностранных и не имеет коммерческих аналогов в России. Обычно для работы литографа используют ультрафиолетовые импульсы. В приборе МФТИ используется излучение ближнего инфракрасного диапазона, что позволяет применять более дешевые оптические компоненты. Это гораздо выгоднее экономически для экспериментальных предприятий, которые выполняют небольшие наукоемкие проекты и не могут окупить дорогое оборудование за счет масштабного производства.

В качестве материала используются прозрачные фотополимеры, которые также созданы в России — Нижегородским институтом металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН.

«Наш прибор позволяет реализовывать не просто литографию — рисунок в микромасштабе, он также умеет делать трехмерные формы. По сути, это 3D-принтер, печатающий не в сантиметрах, а в объемных микронах, толщиной в волос и меньше. Подобные формы востребованы в медицинских разработках: создании каркасных структур для выращивания тканей, микрофильтров для фильтрации клеток.

 

Также присутствует ряд физических задач, связанных с фотоникой: создание микроархитектуры элементов. Приведу самый простой пример: мы можем сделать на матрице камеры микролинзы, что повысит ее светочувствительность. Это позволяет усовершенствовать оптические приборы, а для нашей повседневной жизни — повысить качество ночных снимков, не увеличивая время выдержки»,— прокомментировал Данила Колымагин.

Подобные приборы затруднительно закупить в других странах, и их создание напрямую поддерживает технологический суверенитет России. Литограф прошел приемочные испытания и передается в производство, готова рабочая-конструкторская документация. Планируется создать совместное производство с индустриальными партнерами ООО «Промислаб» и НПЦ «Лазеры и аппаратура» в особой экономической зоне «Долина Физтеха».

Основными заказчиками станут научные центры и наукоемкие компании.

Сейчас в КБ МФТИ реализуются два проекта Российского научного фонда. А также ведется опытно-конструкторская работа в рамках федерального проекта «Развитие отечественного приборостроения гражданского назначения для научных исследований» по заказу Министерства образования и науки на создание лазерного анализатора размера частиц. Это важное оборудование для медицины, которое применяется в исследованиях: в фармакологии, в аддитивных технологиях, то есть там, где необходимо четко определить размер порошков и частиц.

Рассмотрим поэтапно работу литографа и создадим микрологотип физтеха