تبخیر لیزر پالسی به کمک زمینه: فناوری نوین ساخت لایه‌های نازک پلیمری و مواد آلی

تبخیر لیزر پالسی به کمک زمینه (Matrix-assisted pulsed laser evaporation) مشابه روش لایه نشانی لیزر پالسی یکی از زیرمجموعه‌های فناوری لایه نشانی از فاز بخار است که برای لایه نشانی فیلم‌های نازک مواد آلی و بیولوژیکی بدون تجزیه و دیگر آسیب‌های برگشت ناپذیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش نیز مشابه لایه نشانی لیزر پالسی از تابش پرتو لیزر بر روی تارگت برای تبخیر ماده پوشش و لایه نشانی بر روی زیرلایه استفاده می‌شود. تنها تفاوت این روش با روش لایه نشانی لیزر پالسی در نحوه‌ی آماده سازی تارگت است؛ بر خلاف روش لایه نشانی لیزر پالسی که تارگت به صورت یک قرص جامد خشک می‌باشد در این روش تارگت معمولا یک کامپوزیت منجمد شده حاوی ماده پوشش است که در یک حلال توزیع می‌شود. سیستم لایه نشانی تبخیر لیزر پالسی به کمک زمینه کاملا برگرفته شده از سیستم لایه نشانی لیزر پالسی است و تنها برای حفظ تارگت منجمد شده در حین فرآیند یک سیستم سرد کننده نیتروژن مایع به سامانه لایه نشانی اضافه می‌شود. در این روش نیز برای اطمینان از تابش یکنواخت لیزر به منظور حصول لایه نازک یکنواخت، تارگت بر روی یک نگهدارنده چرخان قرار می‌گیرد. ضمن اینکه فرآیند تحت خلأ انجام می‌شود ولی نیازی به خلأهای بالا نیست.

شماتیک سیستم لایه نشانی تبخیر لیزر پالسی به کمک زمینه

انتخاب مواد برای کاربردهای حوزه الکترونیک، اپتیک و بیوسنسورها برای ساخت و پسیو سازی پوشش‌های الکترونیکی معمولا پلیمرها و زیست بسپارها (بیوپلیمرها) هستند؛ برای کاربردهای غیر خطی و اپتیکی، بیوسنسورهای میکرو آرایه‌ای و مهندسی بافت نیز به ترتیب پوشش‌های پروتئینی زیست سازگار، مولکول‌های رنگ آلی، و سلول‌های زنده انتخاب می‌شوند. اگر یک پرتو لیزر طبق شرایط متداول در لایه نشانی لیزر پالسی بر روی یک تارگت آلی بتابد، لایه نازک تشکیل شده کاملا متفاوت از ماده اولیه خواهد بود و گروه‌های عاملی به طور کامل تغییر خواهند کرد. نکته قابل ذکر این است که حتی تغییرات بسیار کوچک در تعداد گروه‌های عاملی و یا میزان پلیمیریزاسیون می‌تواند مانع استفاده مطلوب از پوشش شود. گرچه تغییرات انجام شده می‌تواند برای برخی از کاربردها قابل قبول باشد اما در حالت کلی استفاده از لیزر برای لایه نشانی لایه‌های نازک مواد آلی و دیگر مواد حساس نیازمند استفاده از رویکردهایی با ظرافت بیشتر از آن چیزی است که در روش لایه نشانی لیزر پالسی پیشنهاد می‌شود.

شماتیک فرآیند واجذب در لایه نشانی تبخیر لیزر پالسی به کمک زمینه

همانطور که در فوق اشاره شد در روش لایه نشانی تبخیر لیزر پالسی به کمک زمینه از یک کامپوزیت کرایوژنیک به عنوان تارگت استفاده می‌شود؛ برای این منظور معمولا محلول رقیقی متشکل از ماده پوشش که در یک حلال جاذب نور با فشار بخار بالا توزیع شده، منجمد و به عنوان تارگت استفاده می‌شود. وقتی از یک کامپوزیت منجمد به عنوان تارگت استفاده می‌شود اساس مکانیزم فعل و انفعال لیزر- ماده تغییر خواهد کرد و بنابراین بخش عمده انرژی لیزر به جای جذب توسط حل شونده توسط مولکول‌های حلال جذب خواهد شد. تبخیر سریع مولکول‌های حلال فرار به واسطه برخوردهای نرم (Soft collisions) باعث واجذب ماده حل شونده می‌شود. به این ترتیب یک لایه نازک یکنواخت با حفظ خواص، از جمله ساختار شیمیایی و هدفمندی (Functionality) رسوب داده می‌شود.

از این فرآیند لایه نشانی در حال حاضر در حوزه مهندسی بافت، دارو رسانی، دستگاه‌های الکترونیکی مثل لایه‌های نازک ساطع کننده نور (Light-emitting thin films)، حسگرهای گازی و شیمیایی و پوشش‌های حفاظتی استفاده می‌شود.

این روش دارای مزایایی است که عبارتند از:

• امکان لایه نشانی از طیف وسیعی از مواد حساس و شکننده مانند پروتئین‌ها، آنزیم‌ها، پلیمرها، سلول‌های زنده
• یک روش لایه نشانی غیر تماسی که متعاقبا منجر به پایین بودن ریسک آلودگی می‌شود

در مقابل مزایای ذکر شده از محدودیت در انتخاب حلال باید به عنوان عیب این فناوری یاد کرد.