Nieuw onderzoek realiseert femtoseconde laserverwerking van multi-joint micromachines

Het team van Wu Dong, een professor aan het Micro and Nano Engineering Laboratory van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC), stelde een verwerkingsstrategie voor femtoseconde laser voor 2-bij-1 het schrijven van multi-materialen micromechanische verbindingen fabriceren bestaande uit temperatuurgevoelige hydrogels en metalen nanodeeltjes, en vervolgens humanoïde micromachines met meerdere verbindingen en meerdere vervormingsmodi ontwikkelen (> 10). De relevante onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications.
De afgelopen jaren is de femtoseconde laser-twee-foton-polymerisatietechnologie op grote schaal gebruikt om microstructuren met verschillende functies te fabriceren als een echte driedimensionale verwerkingsmethode met nanometerprecisie. Deze microstructuren laten veelbelovende toepassingen zien op het gebied van micro- en nano-optica, microsensoren en micromachinesystemen. Het is echter nog steeds een uitdaging om composiet-multi-materiaalverwerking met femtoseconde-lasers te realiseren en micro-nano-machines met multimodaliteiten verder te construeren.
Femtoseconde laser twee-in-één verwerkingsstrategieën omvatten de constructie van hydrogelverbindingen met behulp van asymmetrische twee-fotonpolymerisatie en de laserreductie-afzetting van zilveren nanodeeltjes in gelokaliseerde gebieden van de gewrichten. In het bijzonder creëert asymmetrische fotopolymerisatie anisotropie in de verknopingsdichtheid in het lokale gebied van de hydrogel-microverbinding, wat uiteindelijk richtings- en hoekcontroleerbare buigvervormingen mogelijk maakt. In situ laserreductieve afzetting maakt nauwkeurige verwerking van zilveren nanodeeltjes op hydrogelverbindingen mogelijk. Deze zilveren nanodeeltjes hebben een sterk fotothermisch conversie-effect, waardoor de modusomschakeling van de multi-joint micromachines een ultrakorte responstijd (30 ms) en een ultralaag aandrijfvermogen kan vertonen (<10 mW).
Als typisch voorbeeld werden acht microgewrichten geïntegreerd op een mensachtige micromachine. De onderzoekers gebruikten vervolgens ruimtelijke lichtmodulatie om een ​​multifocale straal in de 3D-ruimte te verkrijgen, die op zijn beurt elk microgewricht nauwkeurig stimuleerde. De synergetische vervorming tussen meerdere gewrichten was voor de mensachtige micromachine aanleiding om meerdere herconfigureerbare vervormingsmodi uit te voeren. Uiteindelijk ‘danst’ de mensachtige micromachine op micrometerschaal.
In het proof-of-concept kan de micromanipulator met twee verbindingen, door de distributie- en vervormingsrichting van de microverbindingen te ontwerpen, meerdere microdeeltjes in dezelfde en verschillende richtingen verzamelen. Samenvattend kan de femtoseconde laser twee-in-één-verwerkingsstrategie vervormbare microverbindingen construeren in de lokale regio van verschillende 3D-microstructuren, waardoor meerdere herconfigureerbare vervormingsmodi worden gerealiseerd.
Volgens de onderzoekers zullen micromanipulatoren met meerdere vervormingsmodi veelbelovende toepassingen laten zien bij het verzamelen van microgoederen, microfluïdische manipulatie en celmanipulatie.