Νέα έρευνα πραγματοποιεί την επεξεργασία λέιζερ Femtosecond μικρομηχανών πολλαπλών αρθρώσεων

Η ομάδα του Wu Dong, καθηγητής στο Micro and Nano Engineering Laboratory του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας (USTC), πρότεινε μια στρατηγική επεξεργασίας λέιζερ femtosecond 2-σε-1 συγγραφή πολλαπλών υλικών σε κατασκευάζουν μικρο-μηχανικές αρθρώσεις που αποτελούνται από ευαίσθητες στη θερμοκρασία υδρογέλες και μεταλλικά νανοσωματίδια και στη συνέχεια ανέπτυξαν πολυαρθρικές ανθρωποειδείς μικρομηχανές με πολλαπλούς τρόπους παραμόρφωσης (＞10). Τα σχετικά ερευνητικά αποτελέσματα έχουν δημοσιευτεί στο Nature Communications.
Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία πολυμερισμού δύο φωτονίων λέιζερ femtosecond έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για την κατασκευή μικροδομών με διάφορες λειτουργίες ως μια πραγματική τρισδιάστατη μέθοδος επεξεργασίας με ακρίβεια νανομέτρων. Αυτές οι μικροδομές παρουσιάζουν πολλά υποσχόμενες εφαρμογές στους τομείς των μικρο- και νανο-οπτικών, των μικροαισθητήρων και των μικρο-μηχανικών συστημάτων. Ωστόσο, εξακολουθεί να αποτελεί πρόκληση η υλοποίηση σύνθετης επεξεργασίας πολλαπλών υλικών με λέιζερ femtosecond και η περαιτέρω κατασκευή μικρο-νανο-μηχανών με πολλαπλές δυνατότητες.
Οι στρατηγικές επεξεργασίας δύο σε ένα λέιζερ Femtosecond περιλαμβάνουν την κατασκευή αρμών υδρογέλης με χρήση ασύμμετρου πολυμερισμού δύο φωτονίων και την εναπόθεση μείωσης λέιζερ νανοσωματιδίων αργύρου σε εντοπισμένες περιοχές των αρθρώσεων. Συγκεκριμένα, ο ασύμμετρος φωτοπολυμερισμός δημιουργεί ανισοτροπία στην πυκνότητα των σταυροειδών δεσμών στην τοπική περιοχή της μικροάρθρωσης υδρογέλης, η οποία τελικά επιτρέπει κατευθυντικά και γωνιακά ελεγχόμενες παραμορφώσεις κάμψης. Η in situ αναγωγική εναπόθεση λέιζερ επιτρέπει την ακριβή επεξεργασία των νανοσωματιδίων αργύρου σε αρμούς υδρογέλης. Αυτά τα νανοσωματίδια αργύρου έχουν ισχυρό φαινόμενο φωτοθερμικής μετατροπής, επιτρέποντας στην εναλλαγή τρόπου λειτουργίας των μικρομηχανών πολλαπλών συνδέσμων να παρουσιάζει εξαιρετικά σύντομο χρόνο απόκρισης (30 ms) και εξαιρετικά χαμηλή ισχύ οδήγησης (<10 mW).
Ως χαρακτηριστικό παράδειγμα, οκτώ μικρο-αρθρώσεις ενσωματώθηκαν σε μια ανθρωποειδή μικρομηχανή. Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη χωρική διαμόρφωση φωτός για να επιτύχουν μια πολυεστιακή δέσμη στον τρισδιάστατο χώρο, η οποία με τη σειρά της διέγειρε με ακρίβεια κάθε μικροάρθρωση. Η συνεργική παραμόρφωση μεταξύ πολλαπλών αρθρώσεων ώθησε την ανθρωποειδή μικρομηχανή να εκτελέσει πολλαπλούς επαναδιαμορφώσιμους τρόπους παραμόρφωσης. Τελικά, η ανθρωποειδής μικρομηχανή «χορεύει» σε μικρομετρική κλίμακα.
Στο proof-of-concept, σχεδιάζοντας την κατεύθυνση κατανομής και παραμόρφωσης των μικρο-αρθρώσεων, ο μικροχειριστής με δύο συνδέσμους μπορεί να συλλέξει πολλαπλά μικροσωματίδια στην ίδια και διαφορετικές κατευθύνσεις. Συνοπτικά, η στρατηγική επεξεργασίας δύο σε ένα λέιζερ femtosecond μπορεί να κατασκευάσει παραμορφώσιμους μικρο-αρμούς στην τοπική περιοχή διαφόρων τρισδιάστατων μικροδομών, πραγματοποιώντας πολλαπλούς επαναδιαμορφώσιμους τρόπους παραμόρφωσης.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, μικροχειριστές με πολλαπλούς τρόπους παραμόρφωσης θα παρουσιάσουν πολλά υποσχόμενες εφαρμογές στη συλλογή μικροεμπορευμάτων, στο χειρισμό μικρορευστών και στον χειρισμό κυττάρων.