Новое исследование реализует фемтосекундную лазерную обработку многосуставных микромашин

Команда У Дуна, профессора Лаборатории микро- и наноинженерии Китайского университета науки и технологий (USTC), предложила стратегию обработки фемтосекундным лазером 2-при-1 записи нескольких материалов для изготовить микромеханические соединения, состоящие из термочувствительных гидрогелей и металлических наночастиц, а затем разработать многосоставные гуманоидные микромашины с несколькими режимами деформации (>10). Соответствующие результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
В последние годы технология фемтосекундной лазерной двухфотонной полимеризации широко используется для изготовления микроструктур с различными функциями как настоящий метод трехмерной обработки с нанометровой точностью. Эти микроструктуры имеют многообещающее применение в области микро- и нанооптики, микросенсоров и микромашинных систем. Однако по-прежнему сложно реализовать обработку композитных материалов с помощью фемтосекундных лазеров и в дальнейшем создавать микронаномашины с мультимодальностью.
Стратегии фемтосекундной лазерной обработки «два в одном» включают создание гидрогелевых соединений с использованием асимметричной двухфотонной полимеризации и лазерное восстановительное осаждение наночастиц серебра в локализованных областях соединений. В частности, асимметричная фотополимеризация создает анизотропию плотности поперечных связей в локальной области микростыка гидрогеля, что в конечном итоге позволяет контролировать изгибные деформации по направлению и углу. Лазерное восстановительное осаждение in situ позволяет точно обрабатывать наночастицы серебра на соединениях гидрогеля. Эти наночастицы серебра обладают сильным эффектом фототермического преобразования, позволяя переключать режимы многосоставных микромашин со сверхкоротким временем отклика (30 мс) и сверхнизкой мощностью возбуждения (<10 mW).
Типичный пример: восемь микросуставов были интегрированы в гуманоидную микромашину. Затем исследователи использовали пространственную модуляцию света для получения мультифокального луча в трехмерном пространстве, который, в свою очередь, точно стимулировал каждый микросустав. Синергическая деформация между несколькими суставами побудила гуманоидную микромашину выполнять несколько реконфигурируемых режимов деформации. В конечном счете, гуманоидная микромашина «танцует» в микрометровом масштабе.
В качестве доказательства концепции, спроектировав распределение и направление деформации микросоединений, двухшарнирный микроманипулятор может собирать несколько микрочастиц в одном и разных направлениях. Таким образом, стратегия фемтосекундной лазерной обработки «два в одном» может создавать деформируемые микросоединения в локальной области различных трехмерных микроструктур, реализуя несколько реконфигурируемых режимов деформации.
По мнению исследователей, микроманипуляторы с несколькими режимами деформации найдут многообещающее применение в сборе микротоваров, микрофлюидных манипуляциях и манипуляциях с клетками.