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Multiphoton Lithography of Interpenetrating Polymer Networks for Tailored Microstructure Thermal and Micromechanical Properties

  • Multiphoton lithography (MPL), an emerging truly 3D microfabrication technique, exhibits substantial potential in biomedical applications, including drug delivery and tissue engineering. Fabricated micro-objects are often expected to undergo shape morphing or bending of the entire structure or its parts. Furthermore, ensuring precise property tuning is detrimental to the realization of the functionality of MPL microstructures. Herein, novel MPL materials based on interpenetrating polymer networks (IPNs) are presented that effectively combine the advantages of acrylate and epoxy systems. IPNs with varying component ratios are investigated for their microfabrication performance and structural integrity with respect to thermal and micromechanical properties. A variety of high-resolution techniques is applied to comprehensively evaluate IPN properties at the bulk, micron, and segmental levels. This study shows that the MPL laser scanning velocity and power, photoinitiator content, andMultiphoton lithography (MPL), an emerging truly 3D microfabrication technique, exhibits substantial potential in biomedical applications, including drug delivery and tissue engineering. Fabricated micro-objects are often expected to undergo shape morphing or bending of the entire structure or its parts. Furthermore, ensuring precise property tuning is detrimental to the realization of the functionality of MPL microstructures. Herein, novel MPL materials based on interpenetrating polymer networks (IPNs) are presented that effectively combine the advantages of acrylate and epoxy systems. IPNs with varying component ratios are investigated for their microfabrication performance and structural integrity with respect to thermal and micromechanical properties. A variety of high-resolution techniques is applied to comprehensively evaluate IPN properties at the bulk, micron, and segmental levels. This study shows that the MPL laser scanning velocity and power, photoinitiator content, and multi-step exposure can be used to tune the morphology and properties of the IPN. As a result, a library of 3D MPL IPN microstructures with high 3D structural stability and tailored thermal and micromechanical properties is achieved. New IPN microstructures with Young’s moduli of 3–4 MPa demonstrate high-to-fully elastic responses to deformations, making them promising for applications in morphable microsystems, soft micro-robotics, and cell engineering.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Dorothee Silbernagl, Paulina Szymoniak, Zeynab Tavasolyzadeh, Heinz Sturm, Ievgeniia Topolniak
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Small
Jahr der Erstveröffentlichung:2024
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley VHC-Verlag
Aufsatznummer:2310580
Erste Seite:1
Letzte Seite:12
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Atomic force microscopy; Fast scanning calorimetry; Intermodulation AFM; Interpenetrating polymer network; Multiphoton lithography
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Additive Fertigung
Material / Materialdesign
Material / Nano
DOI:10.1002/smll.202310580
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-600593
ISSN:1613-6810
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:22.05.2024
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:27.05.2024
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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