Nauji tyrimai atskleidžia kelių jungčių mikromašinų apdorojimą femtosekundiniu lazeriu

Wu Dongo komanda, Kinijos mokslo ir technologijos universiteto (USTC) Mikro ir nano inžinerijos laboratorijos profesorius, pasiūlė femtosekundinio lazerio apdorojimo strategiją, 2-rašydama{1}} iš kelių medžiagų. gamina mikromechanines jungtis, sudarytas iš temperatūrai jautrių hidrogelių ir metalinių nanodalelių, o vėliau sukūrė kelių jungčių humanoidines mikromašinas su keliais deformacijos režimais (＞10). Atitinkami tyrimų rezultatai buvo paskelbti Nature Communications.
Pastaraisiais metais femtosekundinė lazerinė dviejų fotonų polimerizacijos technologija buvo plačiai naudojama įvairių funkcijų atliekančioms mikrostruktūroms gaminti kaip tikras trimačio apdorojimo metodas nanometrų tikslumu. Šios mikrostruktūros rodo daug žadančių pritaikymų mikro- ir nanooptikos, mikrojutiklių ir mikromašinų sistemų srityse. Tačiau vis dar sudėtinga realizuoti sudėtinį kelių medžiagų apdorojimą femtosekundiniais lazeriais ir toliau konstruoti mikro-nano mašinas su įvairiais būdais.
Femtosekundinės lazerinės du viename apdorojimo strategijos apima hidrogelio jungčių konstravimą naudojant asimetrinę dviejų fotonų polimerizaciją ir sidabro nanodalelių nusodinimą lazeriu lokalizuotose jungčių srityse. Visų pirma, asimetrinė fotopolimerizacija sukuria anizotropiją kryžminio ryšio tankyje vietiniame hidrogelio mikrojungties regione, o tai galiausiai leidžia kryptingai ir kampu valdyti lenkimo deformacijas. In situ lazerinis redukcinis nusodinimas leidžia tiksliai apdoroti sidabro nanodaleles ant hidrogelio jungčių. Šios sidabro nanodalelės turi stiprų fototerminį konversijos efektą, leidžiantį perjungti kelių jungčių mikromašinų režimą, kad būtų pasiektas itin trumpas atsako laikas (30 ms) ir itin maža vairavimo galia (<10 mW).
Kaip tipiškas pavyzdys, aštuonios mikro jungtys buvo integruotos į humanoidinę mikromašiną. Tada mokslininkai panaudojo erdvinę šviesos moduliaciją, kad pasiektų daugiažidinį spindulį 3D erdvėje, o tai savo ruožtu tiksliai stimuliavo kiekvieną mikrosąnarį. Sinerginė deformacija tarp kelių jungčių paskatino humanoidinę mikromašiną atlikti kelis perkonfigūruojamus deformacijos režimus. Galiausiai humanoidinė mikromašina „šoka“ mikrometro skalėje.
Koncepcijos įrodyme, projektuojant mikro jungčių pasiskirstymo ir deformacijos kryptį, dviejų jungčių mikromanipuliatorius gali surinkti kelias mikrodaleles tomis pačiomis ir skirtingomis kryptimis. Apibendrinant galima pasakyti, kad naudojant femtosekundinę lazerio du viename apdorojimo strategiją galima sukonstruoti deformuojamas mikrojungtis vietiniame įvairių 3D mikrostruktūrų regione, realizuojant kelis perkonfigūruojamus deformacijos režimus.
Pasak mokslininkų, mikromanipuliatoriai su keliais deformacijos režimais parodys daug žadančius pritaikymus mikroprekių rinkimo, mikrofluidinio manipuliavimo ir ląstelių manipuliavimo srityse.