Till innehåll på sidan

Bright Lights: Innovative Micro- and Nano-Patterning for Sensing and Tissue Engineering

Tid: Må 2022-05-23 kl 10.00

Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm

Språk: Engelska

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Respondent: Alessandro Enrico , Mikro- och nanosystemteknik

Opponent: Jürgen Brugger, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)

Handledare: Göran Stemme, Mikro- och nanosystemteknik; Frank Niklaus, Mikro- och nanosystemteknik; Anna Herland, Mikro- och nanosystemteknik

QC 20220429

Abstract

Ljus är den primära energikällan på vår planet och har varit en viktig motivation i utvecklingen av det mänskliga samhället och teknologin. Inom mikrotillverkning finner ljus tillämpningar inom fotolitografi och 3D-printing, där ett 2D- eller 3D-mönster överförs till ett material av intresse genom exponering för UV-ljus, och i laserritning och skärning, där högeffektlasrar används för att skapa mönster på föremålets yta eller skära igenom huvuddelen av materialet av intresse. Likväl, har dock konventionell ljusbaserad bearbetning tre huvudbegränsningar: a) våglängden för synligt ljus begränsar upplösningen, b) endast material som absorberar våglängden vid användning kan bearbetas effektivt, och c) intensivt laserljus bränner upp sitt målobjekt, vilket försämrar materialet som omger de exponerade områdena och ytterligare begränsar materialkompatibiliteten. Att övervinna dessa begränsningar är kärnan i denna avhandling.

Den första delen av denna avhandling beskriver tre olika tvådimensionella mönstringsmetoder som möjliggörs av intelligent design och icke-linjär ljus-materia interaktion. Det första arbetet rapporterar användningen av ljus vid 365 nm för att generera sub-20 nm breda nanotrådar (NW) genom att utnyttja cracklitografi, vilket överskrider den möjliga upplösningen som ges av diffraktionsgränsen tiofaldigt. Det andra verket beskriver användningen av femtosekundlaserpulser för att strukturera ytan på glasskivor, som vanligtvis skulle vara transparenta för mindre intensivt synligt ljus. Positiv laddning av de nanostrukturerade glasytorna ger en "sök och förstör" bakteriedödande funktionalitet, vilket möjliggör nya grundläggande studier av interaktioner mellan bakterier och yta och tillhandahåller strategier för att bekämpa antibiotikaresistenta bakterier. Det tredje och fjärde verket visar hur ultrasnabba lasrar selektivt kan mönstra 2D-material – grafen, molybdendisulfid och platinadiselenid – och tunna filmer – kolnanorörsfilm – utan att skada substratet eller materialet som omger det exponerade området. Direkt mönstring med ultrasnabb skanningshastighet ger processskalbarhet och upplösning under 300 nm, vilket ger ett giltigt alternativ till resistbaserad fotolitografi och relaterade kontamineringsproblem för dessa känsliga material.

Den andra delen av denna avhandling beskriver två olika 3D-mikrobearbetningsmetoder som möjliggörs av högintensivt laserljus. Det femte arbetet presenterar en biotillverkningsmetod för att strukturera kollagen baserat på laserinducerad kavitation. Denna metod, kallad kavitationsgjutning, representerar ett nytt biotillverkningsläge som varken är additivt eller subtraktivt. I denna studie möjliggör kavitationsformning genereringen av en mikrovaskulariserad cancer-on-chip-modell, bestående av en in-vivo-liknande sfäroidal massa av cancerceller omgivna av konstgjorda blodkärl. I det sjätte och sista arbetet använde vi två-fotonpolymerisation för att generera icke-cytotoxiska 3D-strukturer för att studera neuronernas fysiologi och deras interaktion med astrocytceller. Den låga autofluorescensen hos de tryckta hartserna tillåter optisk avläsning av den neuronala aktiviteten genom kalciumavbildning.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-311503