In recent years, femtosecond laser two-photon polymerization technology has been widely used as a true three-dimensional machining method with nanometer precision to fabricate a variety of functional microstructures, which show broad application prospects in the fields of micro- and nano-optics, micro-sensors and micro-machine systems. However, it is still challenging to utilize femtosecond lasers to realize composite multi-material processing and further construct micro-nano-machines with multi-modalities. In view of this, Prof. Wu Dong's team at the Micro and Nano Engineering Laboratory of the University of Science and Technology of China (USTC) proposed a femtosecond laser two-in-one writing multi-material processing strategy to fabricate micromachined joints composed of temperature-sensitive hydrogels and metal nanoparticles, and subsequently developed multi-jointed humanoid micromachines with multiple deformation modes (>10). Het werk werd op 17 juli gepubliceerd onder de titel "Light-triggered multi-joint microactuator fabricated by two-in-one femtosecond laser writing" in Nature Communications.
De femtoseconde laser twee-in-één verwerkingsstrategie omvat het gebruik van asymmetrische twee-fotonpolymerisatie om hydrogelverbindingen te construeren en laserreductiedepositie van zilveren nanodeeltjes (Ag NP's) in gelokaliseerde gebieden van de gewrichten. In dit geval creëert asymmetrische fotopolymerisatie anisotropie in de verknopingsdichtheid in het lokale gebied van de hydrogel-microverbinding, wat uiteindelijk richtings- en hoekregelbare buigvervormingen mogelijk maakt. In situ laserreductiedepositie maakt nauwkeurige verwerking mogelijk van zilveren nanodeeltjes op hydrogelverbindingen, die een sterk fotothermisch conversie-effect hebben, waardoor de modusomschakeling van multi-joint micromachines uitstekende eigenschappen vertoont van ultrakorte responstijd (30 ms) en ultralage aandrijfkracht (<10 mW).
Als typisch voorbeeld werden acht micro-joints geïntegreerd op een humanoïde micromachine. Vervolgens wordt een ruimtelijke lichtmodulatietechniek gebruikt om een multifocale bundel in de 3D-ruimte te bereiken, die op zijn beurt elk microgewricht nauwkeurig stimuleert. De synergetische vervorming tussen meerdere gewrichten drijft de mensachtige micromachine aan om meerdere herconfigureerbare vervormingsmodi te bereiken. Uiteindelijk wordt een "dansende microrobot" op micrometerschaal gerealiseerd.
Ten slotte, als proof-of-concept, kan de micromanipulator met twee verbindingen meerdere microdeeltjes verzamelen in zowel isotrope als anisotrope richtingen door de distributie- en vervormingsrichting van de microgewrichten te ontwerpen. Concluderend kan de femtoseconde laser twee-in-één verwerkingsstrategie vervormbare microgewrichten construeren in de lokale regio's van verschillende 3D-microstructuren en meerdere herconfigureerbare vervormingsmodi realiseren. In de toekomst zullen micromanipulatoren met meerdere vervormingsmodi brede toepassingsmogelijkheden bieden bij het verzamelen van microgoederen, microfluïdische manipulatie en celmanipulatie.
