Ново изследване реализира фемтосекундна лазерна обработка на многоставни микромашини

Екипът на Wu Dong, професор в Лабораторията за микро и нано инженерство към Университета за наука и технологии на Китай (USTC), предложи стратегия за обработка на фемтосекунден лазер 2-в-1 писане на мултиматериали за произвеждат микромеханични съединения, състоящи се от чувствителни на температура хидрогелове и метални наночастици, и впоследствие разработиха многоставни хуманоидни микромашини с множество режими на деформация (＞10). Съответните резултати от изследването са публикувани в Nature Communications.
През последните години технологията за фемтосекундна лазерна двуфотонна полимеризация се използва широко за производство на микроструктури с различни функции като истински триизмерен метод за обработка с нанометрова точност. Тези микроструктури показват обещаващи приложения в областта на микро- и нанооптиката, микросензорите и микромашинните системи. Въпреки това, все още е предизвикателство да се реализира композитна многоматериална обработка с фемтосекундни лазери и допълнително да се конструират микро-нано-машини с мултимодалности.
Стратегиите за фемтосекундна лазерна обработка две в едно включват изграждането на хидрогелни съединения с помощта на асиметрична двуфотонна полимеризация и лазерно редукционно отлагане на сребърни наночастици в локализирани области на ставите. По-специално, асиметричната фотополимеризация създава анизотропия в плътността на омрежването в локалната област на микрофугата на хидрогела, което в крайна сметка позволява насочени и ъглово контролируеми деформации на огъване. In situ лазерно редукционно отлагане позволява прецизна обработка на сребърни наночастици върху хидрогелни съединения. Тези сребърни наночастици имат силен фототермичен ефект на преобразуване, което позволява превключването на режима на многоставните микромашини да показва ултра-късо време за реакция (30 ms) и ултра-ниска мощност на задвижване (<10 mW).
Като типичен пример, осем микростави бяха интегрирани в хуманоидна микромашина. След това изследователите използваха пространствена светлинна модулация, за да постигнат мултифокален лъч в 3D пространство, което от своя страна прецизно стимулира всяка микроставка. Синергичната деформация между множество стави подтикна хуманоидната микромашина да извърши множество реконфигурируеми режими на деформация. В крайна сметка хуманоидната микромашина "танцува" в микрометърната скала.
В доказателството за концепцията, чрез проектиране на разпределението и посоката на деформация на микроставите, двуставният микроманипулатор може да събира множество микрочастици в една и съща и различни посоки. В обобщение, фемтосекундната лазерна стратегия за обработка две в едно може да конструира деформируеми микро-фуги в локалния регион на различни 3D микро-структури, реализирайки множество реконфигурируеми режими на деформация.
Според изследователите микроманипулаторите с множество режими на деформация ще покажат обещаващи приложения в събирането на микростоки, микрофлуидната манипулация и клетъчната манипулация.