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). Lucrarea a fost publicată pe 17 iulie sub titlul „Microactuator multi-articulare declanșat de lumină fabricat prin scriere cu laser femtosecundă două în unu” în Nature Communications.
Strategia de procesare două-în-un cu laser femtosecundă include utilizarea polimerizării asimetrice cu doi fotoni pentru a construi articulații cu hidrogel și depunerea prin reducere cu laser a nanoparticulelor de argint (Ag NPs) în regiunile localizate ale articulațiilor. În acest caz, fotopolimerizarea asimetrică creează anizotropie în densitatea de reticulare în regiunea locală a micro-articulației cu hidrogel, care în cele din urmă permite deformații de îndoire controlabile direcțional și unghiular. Depunerea de reducere cu laser in situ permite prelucrarea precisă a nanoparticulelor de argint pe îmbinările hidrogel, care au un efect puternic de conversie fototermică, permițând comutarea modului micromașinilor cu mai multe articulații să prezinte caracteristici excelente de timp de răspuns ultra-scurt (30 ms) și ultra-scăzut. putere de conducere (<10 mW).
Ca exemplu tipic, opt micro-articulații au fost integrate pe o micromașină umanoid. Ulterior, o tehnică de modulare spațială a luminii este utilizată pentru a obține un fascicul multifocal în spațiul 3D, care, la rândul său, stimulează cu precizie fiecare microarticulație. Deformarea sinergică între mai multe articulații conduce micromașina umanoid să realizeze mai multe moduri de deformare reconfigurabile. În cele din urmă, un „microrobot dansant” este realizat la scara micrometrică.
În cele din urmă, ca dovadă de concept, prin proiectarea direcției de distribuție și deformare a micro-articulațiilor, micromanipulatorul cu două articulații poate colecta microparticule multiple în direcții izotrope și anizotrope. În concluzie, strategia de procesare cu laser femtosecundă două în unu poate construi micro-articulații deformabile în regiunile locale ale diferitelor microstructuri 3D și poate realiza mai multe moduri de deformare reconfigurabile. În viitor, micromanipulatoarele cu moduri multiple de deformare vor prezenta perspective largi de aplicare în colectarea de microbunuri, manipularea microfluidică și manipularea celulelor.
