Nový výzkum realizuje Femtosekundové laserové zpracování vícekloubových mikrostrojů

Wu Dongův tým, profesor Laboratoře mikro a nanotechniky na Čínské univerzitě vědy a technologie (USTC), navrhl strategii zpracování pomocí femtosekundového laseru 2-v-1 psaní více materiálů pro vyrábět mikromechanické spoje sestávající z hydrogelů citlivých na teplotu a kovových nanočástic a následně vyvíjet vícekloubové humanoidní mikrostroje s více deformačními režimy (＞10). Příslušné výsledky výzkumu byly publikovány v Nature Communications.
V posledních letech se technologie dvoufotonové polymerace femtosekundovým laserem široce používá k výrobě mikrostruktur s různými funkcemi jako skutečná trojrozměrná metoda zpracování s nanometrovou přesností. Tyto mikrostruktury vykazují slibné aplikace v oblasti mikro- a nanooptiky, mikrosenzorů a systémů mikrostrojů. Stále je však náročné realizovat kompozitní zpracování více materiálů pomocí femtosekundových laserů a dále konstruovat mikronanostroje s multimodalitami.
Strategie zpracování dva v jednom femtosekundovým laserem zahrnují konstrukci hydrogelových spojů pomocí asymetrické dvoufotonové polymerace a laserovou redukci nanášení nanočástic stříbra v lokalizovaných oblastech spojů. Zejména asymetrická fotopolymerizace vytváří anizotropii v hustotě zesítění v lokální oblasti hydrogelového mikrospojení, což v konečném důsledku umožňuje směrově a úhlově řiditelné ohybové deformace. Laserová redukční depozice in situ umožňuje přesné zpracování nanočástic stříbra na hydrogelových spojích. Tyto nanočástice stříbra mají silný fototermální konverzní efekt, který umožňuje přepínání režimů vícekloubových mikrostrojů tak, aby vykazovaly ultra krátkou dobu odezvy (30 ms) a extrémně nízkou hnací sílu (<10 mW).
Jako typický příklad bylo na humanoidním mikrostroji integrováno osm mikrokloubů. Výzkumníci poté využili prostorovou modulaci světla k dosažení multifokálního paprsku ve 3D prostoru, který následně přesně stimuloval každý mikrokloub. Synergická deformace mezi více klouby přiměla humanoidní mikrostroj k provádění více rekonfigurovatelných deformačních režimů. Humanoidní mikrostroj nakonec „tancuje“ v mikrometrovém měřítku.
V proof-of-concept, navržením distribuce a směru deformace mikrokloubů, může dvoukloubový mikromanipulátor sbírat více mikročástic ve stejných a různých směrech. Stručně řečeno, strategie zpracování femtosekundovým laserem dva v jednom může vytvářet deformovatelné mikrospoje v místní oblasti různých 3D mikrostruktur, realizující více rekonfigurovatelných deformačních režimů.
Podle výzkumníků budou mikromanipulátory s více deformačními režimy ukazovat slibné aplikace při sběru mikrozboží, mikrofluidní manipulaci a manipulaci s buňkami.