O nouă cercetare realizează procesarea cu laser femtosecundă a micromașinilor cu mai multe articulații

Echipa lui Wu Dong, profesor la Laboratorul de Micro și Nano Inginerie al Universității de Știință și Tehnologie din China (USTC), a propus o strategie de procesare a laserului femtosecunde 2-în scrierea-1 a materialelor multiple pentru fabrică îmbinări micro-mecanice constând din hidrogeluri sensibile la temperatură și nanoparticule de metal și, ulterior, au dezvoltat micro-mașini umanoide multi-articulate cu moduri multiple de deformare (＞10). Rezultatele cercetării relevante au fost publicate în Nature Communications.
În ultimii ani, tehnologia de polimerizare cu doi fotoni cu laser femtosecundă a fost utilizată pe scară largă pentru a fabrica microstructuri cu diferite funcții ca o adevărată metodă de procesare tridimensională cu precizie nanometrică. Aceste microstructuri prezintă aplicații promițătoare în domeniile micro- și nano-opticei, microsenzorilor și sistemelor de micro-mașini. Cu toate acestea, este încă o provocare să realizezi procesarea compozită cu mai multe materiale cu lasere femtosecunde și să construiești în continuare micro-nano-mașini cu modalități multiple.
Strategiile de procesare două-în-un cu laser femtosecunde includ construcția de îmbinări cu hidrogel folosind polimerizarea asimetrică cu doi fotoni și depunerea prin reducere cu laser a nanoparticulelor de argint în regiunile localizate ale articulațiilor. În special, fotopolimerizarea asimetrică creează anizotropie în densitatea de reticulare în regiunea locală a microarticulației cu hidrogel, care în cele din urmă permite deformații de îndoire controlabile direcțional și unghiular. Depunerea reductivă in situ cu laser permite prelucrarea precisă a nanoparticulelor de argint pe îmbinările de hidrogel. Aceste nanoparticule de argint au un efect puternic de conversie fototermică, permițând comutarea modului micromașinilor cu mai multe articulații să prezinte un timp de răspuns ultra-scurt (30 ms) și o putere de conducere ultra-scăzută (<10 mW).
Ca exemplu tipic, opt micro-articulații au fost integrate pe o micromașină umanoid. Cercetătorii au folosit apoi modularea spațială a luminii pentru a obține un fascicul multifocal în spațiul 3D, care, la rândul său, a stimulat cu precizie fiecare microarticulație. Deformarea sinergică între mai multe articulații a determinat micromașina umanoid să efectueze mai multe moduri de deformare reconfigurabile. În cele din urmă, micromașina umanoidă „dansează” la scara micrometrică.
În dovada de concept, prin proiectarea direcției de distribuție și deformare a micro-articulațiilor, micromanipulatorul cu două articulații poate colecta mai multe micro-particule în aceleași direcții și diferite. În rezumat, strategia de procesare cu laser femtosecundă două în unu poate construi micro-articulații deformabile în regiunea locală a diferitelor microstructuri 3D, realizând mai multe moduri de deformare reconfigurabile.
Potrivit cercetătorilor, micromanipulatoarele cu moduri multiple de deformare vor prezenta aplicații promițătoare în colectarea de microbunuri, manipularea microfluidică și manipularea celulelor.