Fotoluminiscencia de conversión hacia arriba para monitorear la liberación de calor local durante la escritura láser...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Biotecnología La biotecnología es la biotecnología.
• Ingeniería óptica Ingeniería óptica.

Sus antecedentes:

• Los procesos de fotopolimerización, particularmente la escritura láser directa de femtosegundo, generan calor.
• Comprender y controlar este calor exotérmico es fundamental para aplicaciones que involucran materiales sensibles como las biotintas.
• Los métodos de termometría existentes pueden carecer de la precisión o la capacidad en tiempo real necesaria para estos procesos dinámicos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y validar una técnica de termometría en tiempo real para monitorear las firmas de calor durante la escritura directa con láser de femtosegundo.
• Para investigar la influencia de los parámetros del proceso (velocidad de escaneo, potencia del láser, concentración del fotoiniciador) en el calentamiento local.
• Para identificar los efectos de fuga térmica y establecer las condiciones óptimas para la bioimpresión asistida por láser.

Principales métodos:

• Utilizó NaYF4:Yb3+/Er3+ fotoluminiscencia de nanopartículas de conversión hacia arriba (UCNP) para la detección de temperatura.
• Empleó una litografía colineal y una configuración láser de termometría para el monitoreo in situ.
• Implementado filtro estadístico de paso corto para mejorar la precisión de la calibración de la temperatura.

Principales resultados:

• Se logró un alto rendimiento termométrico con una sensibilidad relativa de 0.89-1.58% K-1 y una incertidumbre de 0.2-0.4 K.
• Se observaron efectos térmicos significativos, incluidos picos de temperatura transitorios superiores a 120-140 ° C, vinculados a los parámetros del proceso.
• Se identificó que las condiciones fisiológicas se mantuvieron solo a velocidades de escaneo de 20 μm/s.

Conclusiones:

• La termometría desarrollada basada en UCNP proporciona una poderosa herramienta para el monitoreo térmico en tiempo real en escritura láser.
• Los hallazgos ponen de relieve la necesidad de gestionar la carga térmica para evitar efectos perjudiciales en las biotintas.
• Este trabajo permite un mejor control del proceso para la bioimpresión asistida por láser y las tecnologías de fabricación avanzadas relacionadas.