Uusi tutkimus toteuttaa moninivelisten mikrokoneiden femtosekunnin laserkäsittelyn

Wu Dongin tiimi, Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston (USTC) mikro- ja nanotekniikan laboratorion professori, ehdotti femtosekuntilaserin käsittelystrategiaa 2-kirjoittamalla-1 useista materiaaleista valmistaa mikromekaanisia liitoksia, jotka koostuvat lämpötilaherkistä hydrogeeleistä ja metallinanohiukkasista, ja sen jälkeen kehitetty moninivelisiä humanoidimikrokoneita, joissa on useita muodonmuutoksia (＞10). Asiaankuuluvat tutkimustulokset on julkaistu Nature Communicationsissa.
Viime vuosina femtosekundin laserkaksifotonipolymerointitekniikkaa on käytetty laajalti eri toimintojen omaavien mikrorakenteiden valmistamiseen todellisena kolmiulotteisena käsittelymenetelmänä nanometrin tarkkuudella. Näillä mikrorakenteilla on lupaavia sovelluksia mikro- ja nanooptiikan, mikrosensorien ja mikrokonejärjestelmien aloilla. On kuitenkin edelleen haastavaa toteuttaa monimateriaalien komposiittikäsittely femtosekuntilasereilla ja rakentaa edelleen mikronanokoneita, joissa on multimodaalisuus.
Femtosekuntilaser kaksi yhdessä -käsittelystrategioihin kuuluu hydrogeeliliitosten rakentaminen käyttämällä epäsymmetristä kaksifotonipolymerointia ja hopeananopartikkelien laserpelkistyskerrostus liitosten paikallisille alueille. Erityisesti epäsymmetrinen fotopolymerointi luo anisotropian silloitustiheyteen hydrogeelimikroliitoksen paikallisella alueella, mikä lopulta mahdollistaa suunnassa ja kulmassa säädettävät taivutusmuodonmuutokset. In situ -laserpelkistävä saostus mahdollistaa hopeananohiukkasten tarkan käsittelyn hydrogeeliliitoksissa. Näillä hopeananohiukkasilla on vahva fototerminen konversiovaikutus, joka mahdollistaa moninivelisten mikrokoneiden tilanvaihdon erittäin lyhyen vasteajan (30 ms) ja erittäin alhaisen ajotehon (<10 mW).
Tyypillisenä esimerkkinä kahdeksan mikroniveltä integroitiin humanoidimikrokoneeseen. Tutkijat käyttivät sitten spatiaalista valon modulaatiota saavuttaakseen multifokaalisen säteen 3D-avaruudessa, mikä puolestaan ​​stimuloi tarkasti jokaista mikroniveltä. Synergistinen muodonmuutos useiden liitosten välillä sai humanoidimikrokoneen suorittamaan useita uudelleenkonfiguroitavia muodonmuutostiloja. Lopulta humanoidimikrokone "tanssii" mikrometrin mittakaavassa.
Konseptin todisteena, suunnittelemalla mikronivelten jakautumis- ja muodonmuutossuunta, kaksinivelinen mikromanipulaattori voi kerätä useita mikrohiukkasia samoihin ja eri suuntiin. Yhteenvetona voidaan todeta, että femtosekuntilaserin kaksi-yhdessä-käsittelystrategia voi rakentaa muotoaan muuttavia mikroliitoksia eri 3D-mikrorakenteiden paikalliselle alueelle toteuttaen useita uudelleen konfiguroitavia muodonmuutostiloja.
Tutkijoiden mukaan mikromanipulaattorit, joissa on useita muodonmuutostiloja, osoittavat lupaavia sovelluksia mikrotavaroiden keräämiseen, mikrofluidikäsittelyyn ja solumanipulaatioon.