{"id":71076,"date":"2023-12-06T00:02:15","date_gmt":"2023-12-05T23:02:15","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/es\/?p=71076"},"modified":"2023-11-30T15:39:19","modified_gmt":"2023-11-30T14:39:19","slug":"polimerizacion-de-dos-fotones-microimpresion-3d-041220232","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/es\/polimerizacion-de-dos-fotones-microimpresion-3d-041220232\/","title":{"rendered":"Polimerizaci\u00f3n de dos fotones, \u00bfen qu\u00e9 consiste este m\u00e9todo de microimpresi\u00f3n 3D?"},"content":{"rendered":"

La impresi\u00f3n 3D a nano y microescala ofrece libertad de dise\u00f1o y eficiencia, allanando el camino a numerosas innovaciones pioneras, sobre todo en los campos de la micro\u00f3ptica y la micromec\u00e1nica. A su vez, estos logros impulsan nuevos desarrollos, lo que <\/span>promueve a su vez el<\/span> progreso tecnol\u00f3gico<\/a>. En consecuencia, en los \u00faltimos a\u00f1os ha aumentado la comercializaci\u00f3n de t\u00e9cnicas de impresi\u00f3n<\/span> 3D<\/span> que pueden utilizarse para producir estos micro y <\/span>nanoobjetos<\/span>. Uno de los procesos m\u00e1s importantes en este contexto es la polimerizaci\u00f3n de dos fotones (2PP)<\/strong><\/span>. Para conocer m\u00e1s sobre esta t\u00e9cnica, sigue leyendo esta<\/span> gu\u00eda<\/span> completa<\/span>.<\/span><\/span>\u00a0<\/span><\/p>\n

La polimerizaci\u00f3n de dos fotones, derivado del ingl\u00e9s \u201ctwo-photon polymerisation<\/em>\u201d, suele abreviarse simplemente como 2PP. Otros t\u00e9rminos que se pueden encontrar con respecto a aesta tecnolog\u00eda es la litograf\u00eda de dos fotones, escritura directa por l\u00e1ser o graf\u00edas polimerizaci\u00f3n de dos fotones. El m\u00e9todo 2PP es un equivalente de la impresi\u00f3n 3D a microescala<\/a> y representa una tecnolog\u00eda avanzada de fabricaci\u00f3n aditiva. Los principios b\u00e1sicos fueron desarrollados por Shoju Maruo, Osamu Nakamura y Satoshi Kawata en la Universidad de Osaka en 1997. Desde entonces, numerosas empresas han seguido desarrollando la tecnolog\u00eda, lanzado al mercado sus propios equipos con un nombre patentado.<\/p>\n

\"Mikrostruktur

Microestructura <\/span>impresa en 3D<\/span>. La polimerizaci\u00f3n de dos fotones puede utilizarse para producir estructuras complejas <\/span>a escala<\/span> micro y nanom\u00e9tric<\/span>a<\/span>. (Cr\u00e9ditos: Fraunhofer ISC)<\/span><\/span>\u00a0<\/span><\/p><\/div>\n

\u00bfC\u00f3mo funciona la polimerizaci\u00f3n de dos fotones?<\/h3>\n

L<\/span>a<\/span> tecnolog\u00eda de<\/span> polimerizaci\u00f3n de dos fotones se basa en el principio de la fotopolimerizaci\u00f3n<\/span>.<\/span> E<\/span>n <\/span>\u00e9<\/span>l<\/span>, <\/span>la exposici\u00f3n dirigida a la luz <\/span>provoca<\/span> la <\/span>llamada <\/span>polimerizaci\u00f3n <\/span>de <\/span>resinas sint\u00e9ticas. Esta reacci\u00f3n en cadena provoca la uni\u00f3n de las mol\u00e9culas y su endurecimiento, dando lugar a <\/span>modelos en <\/span>3D. Todos los procesos de fotopolimerizaci\u00f3n funcionan de forma similar, pero difieren en el procedimiento. La 2PP puede compararse mejor con la estereolitograf\u00eda<\/a>, en la que un rayo l\u00e1ser endurece resina l\u00edquida <\/span>punto por punto hasta que se crear el objeto capa a capa<\/span>. La diferencia entre la estereolitograf\u00eda y la 2PP radica en la interacci\u00f3n con los fotones <\/span>implementados<\/span>. El t\u00e9rmino polimerizaci\u00f3n de dos fotones se deriva del proceso de polimerizaci\u00f3n del material, es decir, de su solidificaci\u00f3n. En la estereolitograf\u00eda, esto se consigue mediante todo un haz de luz emitido por un l\u00e1ser. En cambio, en la polimerizaci\u00f3n de dos fotones se utiliza radiaci\u00f3n visible en forma de l\u00e1ser o radiaci\u00f3n infrarroja.<\/span><\/span><\/p>

\"\"<\/a><\/div>\n

En general, el principio de la 2PP es muy similar al de la estereolitograf\u00eda. La luz l\u00e1ser incide en las mol\u00e9culas de la resina<\/a>, las activa y desencadena una reacci\u00f3n que provoca <\/span>su <\/span>endurecimiento. <\/span>Sin embargo, esta activaci\u00f3n s\u00f3lo se produce cuando una mol\u00e9cula absorbe simult\u00e1neamente dos fotones del rayo l\u00e1ser.<\/span> La polimerizaci\u00f3n de dos fotones se basa, por tanto, en este proceso de excitaci\u00f3n de mol\u00e9culas sensibles a la luz mediante la absorci\u00f3n simult\u00e1nea de dos fotones. <\/span>P<\/span>ara conseguir este efecto con una alta probabilidad, la intensidad del haz l\u00e1ser debe ser muy alta. La intensidad del l\u00e1ser es m\u00e1xima en el centro del punto focal, por lo que la absorci\u00f3n de dos fotones s\u00f3lo se produce all\u00ed.<\/span><\/span><\/p>\n

\"Schema

La polimerizaci\u00f3n de dos fotones aprovecha el efecto de la absorci\u00f3n de dos fotones. (<\/span>Cr\u00e9ditos<\/span>: Fraunhofer ISC)<\/span><\/span><\/p><\/div>\n

La luz l\u00e1ser se <\/span>genera <\/span>con tanta fuerza en el foco de la radiaci\u00f3n, el <\/span>voxel<\/span>, que all\u00ed puede tener lugar el curado local y controlado del pol\u00edmero sensible a la luz, mientras que el resto del material circundante permanece l\u00edquido. Sin embargo, <\/span>en la 2PP <\/span>es importante que se utilice un rayo l\u00e1ser pulsado ultracorto en el rango de los <\/span>fractosegundos<\/span>. Esto se debe a que el proceso puede llevarse a cabo con la ayuda de un l\u00e1ser de <\/span>fractosegundos<\/span> de tal manera que la densidad de fotones es lo suficientemente alta como para la absorci\u00f3n simult\u00e1nea de dos fotones s\u00f3lo en el foco del haz l\u00e1ser. Normalmente, estas longitudes de onda no ser\u00edan absorbidas por la resina. Sin embargo, la fuerte focalizaci\u00f3n y la naturaleza de la irradiaci\u00f3n provocan el efecto de absorci\u00f3n de dos fotones dentro del volumen focal. Como resultado, el curado se limita a un volumen focal min\u00fasculo, <\/span>permitiendo crear<\/span> complejas microestructuras y nanoestructuras <\/span>en 3D<\/span>.<\/span><\/span>\u00a0<\/span><\/p>\n

As\u00ed, la resina s\u00f3lo reacciona en el punto focal del rayo l\u00e1ser y \u00e9ste puede dirigirse a trav\u00e9s de varias capas, con lo que s\u00f3lo se cura la capa deseada, o un punto concreto. La gu\u00eda controlada por ordenador permite escribir las estructuras 3D punto por punto, de ah\u00ed el nombre de escritura directa por l\u00e1ser. Esto significa que tanto la fuerte focalizaci\u00f3n del l\u00e1ser como su intensidad son decisivas para garantizar el curado de estructuras complejas con di\u00e1metros nanom\u00e9tricos. Tras la exposici\u00f3n, se realiza un p<\/span>ostratamiento <\/span>con disolventes para eliminar la resina l\u00edquida que no se ha expuesto. Las <\/span>piezas<\/span> finales impresas <\/span>en 3D <\/span>con 2PP tienen una precisi\u00f3n muy alta y resoluciones inferiores a 25 nm.<\/span><\/span>\u00a0<\/span><\/p>\n

\"\"

En la polimerizaci\u00f3n de dos fotones, el l\u00e1ser \u00abescribe\u00bb una estructura y un patr\u00f3n en la resina l\u00edquida. (Cr\u00e9ditos: Heidelberg Instruments)<\/p><\/div>\n

Ventajas y limitaciones de la tecnolog\u00eda<\/h3>\n

Por regla general, la impresi\u00f3n con una resoluci\u00f3n de alta precisi\u00f3n va asociada a un tiempo de producci\u00f3n relativamente largo. El m\u00e9todo de trabajo preciso y el curado puntual del material dan lugar a un tiempo de producci\u00f3n extremadamente largo para impresiones macrosc\u00f3picas. Por tanto, el proceso es m\u00e1s adecuado para objetos peque\u00f1os de masa limitada. En la gama micro y nano, en cambio, la polimerizaci\u00f3n de dos fotones ha hecho posibles numerosas aplicaciones. No hay restricciones de dise\u00f1o, por lo que se pueden producir estructuras arbitrarias a peque\u00f1a escala. La escalabilidad va de los 100 nm a los cent\u00edmetros. Adem\u00e1s, la 2PP no se limita a la fabricaci\u00f3n capa por capa, como hemos mencionado, sino que se basa en un proceso inherente en el que se polimerizan puntos espec\u00edficos.<\/p>\n

Materiales compatibles y aplicaciones destacadas<\/h3>\n

Los \u00e1mbitos de aplicaci\u00f3n de esta tecnolog\u00eda son, por tanto, aquellos en los que se requiere la m\u00e1xima precisi\u00f3n en los espacios m\u00e1s reducidos, como en micro\u00f3ptica. La polimerizaci\u00f3n de dos fotones puede utilizarse para fabricar extremos de fibra para microscop\u00eda y microlentes. En micromec\u00e1nica, el proceso se utiliza para fabricar chips. Adem\u00e1s, con la 2PP tambi\u00e9n se fabrican numerosos componentes microelectr\u00f3nicos y dispositivos microflu\u00eddicos.<\/p>\n

Otro campo de aplicaci\u00f3n es el sector m\u00e9dico. La 2PP puede utilizarse para crear estructuras de andamiaje para el crecimiento celular, que inician la formaci\u00f3n de tejidos. Tambi\u00e9n se utiliza para implantes a nivel celular o molecular. Por ejemplo, se pueden producir sistemas de administraci\u00f3n de f\u00e1rmacos que se insertan en el cuerpo. La producci\u00f3n de implantes basados en el propio material del paciente limita las reacciones de rechazo. La microimpresi\u00f3n del material del propio paciente tambi\u00e9n podr\u00eda evitar la escasez de implantes de donantes en un futuro pr\u00f3ximo. As\u00ed pues, la polimerizaci\u00f3n de dos fotones se utiliza en numerosos sectores e impulsa importantes avances en estos campos.<\/p>\n

\"2PP

Reproducci\u00f3n de alta precisi\u00f3n de una estructura \u00f3sea humana trabecular a partir de un esc\u00e1ner 3D \u00b5-CT (izquierda). Cultivo de c\u00e9lulas \u00f3seas en la \u201cOsteoprint\u201d (derecha). (Cr\u00e9ditos: A. Marino, IIT Pontedera)<\/p><\/div>\n

Los materiales utilizados dependen de la aplicaci\u00f3n que se vaya a realizar. La resina epoxi, los fotorresistentes y los hidrogeles son los materiales m\u00e1s comunes utilizados en la polimerizaci\u00f3n de dos fotones. Cada vez se utilizan m\u00e1s materiales org\u00e1nicos, as\u00ed como materiales h\u00edbridos. Por ejemplo, los pol\u00edmeros h\u00edbridos se utilizan para producir estructuras cer\u00e1micas o precer\u00e1micas, que tienen una mayor estabilidad.<\/p>\n

Fabricantes de impresoras 3D 2PP<\/h3>\n

Entre los principales fabricantes de sistemas de impresi\u00f3n <\/span>3D <\/span>para la polimerizaci\u00f3n de dos fotones <\/span>encontramos a <\/span>Nanoscribe<\/span> (Alemania), <\/span>UpNano<\/span> (Austria), <\/span>Microlight<\/span> (Francia), <\/span>Multiphoton<\/span> Optics<\/span> (Alemania) y <\/span>Moji<\/span>-Nano-<\/span>Technology<\/span> (China). <\/span>Nanoscribe<\/span> ha desarrollado su propio proceso basado en la polimerizaci\u00f3n de dos fotones, la litograf\u00eda de dos fotones en escala de grises (2GL). La <\/span>Nanoscribe<\/span> Quantum X es la primera impresora <\/span>3D <\/span>industrial del mundo que funciona con <\/span>2GL<\/span>. Otra impresora de <\/span>Nanoscribe<\/span> es la Quantum X <\/span>Shape<\/span> para la creaci\u00f3n r\u00e1pida de prototipos y la producci\u00f3n en serie. Por su parte, <\/span>U<\/span>pN<\/span>ano<\/span> an<\/span>uncia el sistema de impresi\u00f3n de alta resoluci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pido del mundo, la serie <\/span>N<\/span>an<\/span>oOne<\/span>.<\/span> L<\/span>a empresa tambi\u00e9n ha presentado el sistema <\/span>N<\/span>an<\/span>oOne<\/span> Bi<\/span>o, una impresora dise\u00f1ada para la <\/span>b<\/span>io<\/span>impresi\u00f3n<\/span> 3D<\/span> con c\u00e9lulas vivas.<\/span><\/span><\/p>\n

\"Mikrolinsen\"

Sistema de microlentes verticales fabricado por 2PP. (Cr\u00e9ditos: Heidelberg Instruments)<\/p><\/div>\n

Muchos de estos fabricantes de impresoras 3D tambi\u00e9n ofrecen sus propios materiales. UpNano, por ejemplo, ha desarrollado un material 2PP negro, UpBlack, ideal para sistemas \u00f3pticos. Adem\u00e1s, el pl\u00e1stico resistente a la temperatura UpThermo se desarroll\u00f3 en colaboraci\u00f3n con Cubicure. Microlight 3D tambi\u00e9n ofrece sus propios materiales microFAB para utilizar con sus propias impresoras, como la MicroFAB-3D.<\/p>\n

El Instituto Fraunhofer destaca en el desarrollo de materiales y el avance de la polimerizaci\u00f3n de dos fotones. Adem\u00e1s de materiales para aplicaciones biol\u00f3gicas, quieren desarrollar la polimerizaci\u00f3n de dos fotones para convertirla en una tecnolog\u00eda de dominio de procesos patentados previamente establecidos.<\/p>\n

La impresi\u00f3n 3D en el rango micro y nano es cada vez m\u00e1s importante debido a los requisitos de varias industrias. La polimerizaci\u00f3n de dos fotones (2PP) es un proceso muy vers\u00e1til, por lo que cada vez se utiliza en m\u00e1s \u00e1mbitos. La tecnolog\u00eda permite innovaciones y avances pioneros en medicina, micro\u00f3ptica y microelectr\u00f3nica, contribuyendo a muchos desarrollos y logros apasionantes.<\/p>\n