КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 18-79-10198
НазваниеФотополимеризация с использованием апконвертирующих наночастиц, активируемая ближним инфракрасным излучением для подповерхностного и in situ 3D прототипирования
Руководитель Хайдуков Евгений Валерьевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" , г Москва
Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова Полимеризация, ближний ИК свет, апконверсия, 3D структуры, наночастицы, микроструктуры, прототипирование.
Код ГРНТИ29.33.47
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Процесс фотополимеризации широко используется в различных областях науки, промышленности и техники: 3D лазерное рисование (прототипирование), микрообработка, голография, микро- и оптоэлектроника, формирование оптических элементов, запись и хранение данных и т.д. Большинство фотополимеризуемых материалов чувствительны к ультрафиолетовому (УФ) излучению. Однако, использование УФ излучения накладывает ограничения для ряда приложений. Так, например, в биомедицинских приложениях, УФ свет не может проникать глубоко в биоткань и, при превышении пороговой дозы облучения, приводит к повреждению биоматериала. При оптической записи информации УФ свет может сократить срок службы носителя. Кроме того, однофотонная полимеризация ограничивается изготовлением двумерных (2D) структур из-за экспоненциального поглощения света в фотокомпозициях (ФК) и требует разработки специальных систем для преодоления этого ограничения.
По сравнению с УФ светом, ближний инфракрасный (ИК) свет лучше подходит для биомедицинских приложений, формирования трехмерных (3D) структур, записи и хранения информации и т.д. ИК свет не вызывает фотоповреждения и способен проникать глубже в биоткани и полимерные материалы. Открытие инициирования фотореакций за счет двухфотонного поглощения квантов ИК света, обеспечило качественный скачок в развитии науки и технологии. Так, например, создание техники двухфотонной фотополимеризации позволило получать 3D структуры по заданной программе непосредственно в объеме ФК с беспрецедентно высоким пространственным разрешением. Однако, дорогостоящие инструменты (фемтосекундные лазеры), высокие лазерные интенсивности и растровый характер формирования 3D структур препятствуют широкому использованию этой технологии.
На сегодняшний день, лишь в нескольких пионерских работах, в том числе в работах авторов проекта, был продемонстрирован новый эффективный подход, основанный на использовании апконвертирующих материалов для инициирования фотореакций с помощью ИК света. Апконвертирующие наночастицы обладают узкими линиями фотолюминесценции в УФ и видимых спектральных диапазонах при высокой квантовой эффективности и умеренной интенсивности возбуждающего ИК излучения. Поэтому они способны резонансно передавать энергию возбуждения фотоинициаторам для активации реакций полимеризации. Этот революционный подход, основанный на объединении возможностей конверсии ближнего ИК света в УФ фотоны апконвертирующими наноматериалами и фотополимеризации светочувствительных соединений, открывает новые пути развития технологии 3D-печати. При этом, как сам процесс, так и его возможности остаются пока неизученными.
Авторы проекта ставят своей целью исследование фотополимеризации, активируемой ближним инфракрасным излучением с использованием апконвертирующих наночастиц, для подповерхностного и in situ 3D прототипирования. Для этого потребуется решить следующие задачи:
1. Синтез апконвертирующих наночастиц, обладающих необходимым набором фотофизических и химических характеристик.
2. Молекулярный дизайн поверхности наночастиц, обеспечивающий коллоидную стабильность наночастиц в ФК, и создание супрамолекулярных комплексов на их основе, в которых реализуется ферстеровский резонансный перенос энергии фотовозбуждения наночастиц на молекулы фотоинициатора.
3. Исследование процесса полимеризации в окрестности апконвертирующих наночастиц.
4. Демонстрация ИК-индуцируемой полимеризации как на макро-, так и микромасштабах и формирование 3D структур в глубине слабопоглощающих ближний ИК свет материалов, включая биоткани.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ