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). Работа была опубликована 17 июля под названием «Управляемый светом многошарнирный микроактуатор, изготовленный фемтосекундным лазерным письмом два в одном» в Nature Communications.
Стратегия обработки фемтосекундным лазером «два в одном» включает использование асимметричной двухфотонной полимеризации для создания гидрогелевых суставов и лазерного восстановления осаждения наночастиц серебра (Ag NP) в локализованных областях суставов. В этом случае асимметричная фотополимеризация создает анизотропию плотности поперечных связей в локальной области микростыка гидрогеля, что в конечном итоге позволяет контролировать деформации изгиба по направлению и углу. Нанесение лазерного восстановления in situ позволяет точно обрабатывать наночастицы серебра на соединениях гидрогеля, которые обладают сильным эффектом фототермической конверсии, позволяя переключать режимы микромашин с несколькими соединениями, чтобы демонстрировать превосходные характеристики сверхкороткого времени отклика (30 мс) и сверхнизкий движущая сила (<10 mW).
Как типичный пример, восемь микросочленений были интегрированы в гуманоидную микромашину. Затем используется метод пространственной модуляции света для получения мультифокального луча в трехмерном пространстве, который, в свою очередь, точно стимулирует каждый микросустав. Синергетическая деформация между несколькими суставами заставляет гуманоидную микромашину выполнять несколько реконфигурируемых режимов деформации. В конечном итоге «танцующий микроробот» реализуется в микрометровом масштабе.
Наконец, в качестве доказательства концепции, спроектировав направление распределения и деформации микросоединений, двухшарнирный микроманипулятор может собирать несколько микрочастиц как в изотропном, так и в анизотропном направлениях. В заключение, стратегия обработки фемтосекундным лазером «два в одном» может создавать деформируемые микростыки в локальных областях различных трехмерных микроструктур и реализовывать несколько реконфигурируемых режимов деформации. В будущем микроманипуляторы с несколькими режимами деформации продемонстрируют широкие перспективы применения в сборе микротоваров, микрожидкостных манипуляциях и манипуляциях с клетками.
