Ny forskning inser femtosekundlaserbearbetning av flerledsmikromaskiner

Wu Dongs team, professor vid Micro and Nano Engineering Laboratory vid University of Science and Technology of China (USTC), föreslog en bearbetningsstrategi för femtosekundlaser 2-i-1 skrift av multimaterial för att tillverka mikromekaniska fogar bestående av temperaturkänsliga hydrogeler och metallnanopartiklar, och utvecklade därefter flerledade humanoida mikromaskiner med flera deformationslägen (＞10). De relevanta forskningsresultaten har publicerats i Nature Communications.
Under de senaste åren har femtosekundlaser två-foton polymerisationsteknologi använts i stor utsträckning för att tillverka mikrostrukturer med olika funktioner som en sann tredimensionell bearbetningsmetod med nanometerprecision. Dessa mikrostrukturer visar lovande tillämpningar inom områdena mikro- och nanooptik, mikrosensorer och mikromaskinsystem. Det är dock fortfarande utmanande att realisera sammansatt multimaterialbearbetning med femtosekundlasrar och ytterligare konstruera mikronano-maskiner med multimodaliteter.
Femtosekundlaser två-i-ett bearbetningsstrategier inkluderar konstruktionen av hydrogelfogar med asymmetrisk tvåfotonpolymerisation och laserreduktionsavsättning av silvernanopartiklar i lokaliserade områden av lederna. I synnerhet skapar asymmetrisk fotopolymerisation anisotropi i tvärbindningsdensiteten i den lokala regionen av hydrogelmikrofogen, vilket i slutändan möjliggör riktnings- och vinkelkontrollerbara böjningsdeformationer. In situ laserreduktiv avsättning möjliggör exakt bearbetning av silvernanopartiklar på hydrogelleder. Dessa silvernanopartiklar har en stark fototermisk omvandlingseffekt, vilket gör att lägesomkopplingen av flerledsmikromaskinerna kan uppvisa en ultrakort svarstid (30 ms) och ultralåg drivkraft (<10 mW).
Som ett typiskt exempel integrerades åtta mikrofogar på en humanoid mikromaskin. Forskarna använde sedan rumslig ljusmodulering för att uppnå en multifokal stråle i 3D-rymden, som i sin tur stimulerade varje mikroled exakt. Den synergistiska deformationen mellan flera leder fick den humanoida mikromaskinen att utföra flera omkonfigurerbara deformationslägen. I slutändan "dansar" den humanoida mikromaskinen på mikrometerskalan.
I proof-of-concept, genom att designa distributions- och deformationsriktningen för mikrofogarna, kan den tvåledade mikromanipulatorn samla flera mikropartiklar i samma och olika riktningar. Sammanfattningsvis kan femtosekundlaserns två-i-ett-bearbetningsstrategi konstruera deformerbara mikrofogar i den lokala regionen av olika 3D-mikrostrukturer, och realisera flera omkonfigurerbara deformationslägen.
Enligt forskarna kommer mikromanipulatorer med flera deformationslägen att visa lovande tillämpningar inom insamling av mikrovaror, mikrofluidisk manipulation och cellmanipulation.