Нове дослідження реалізує фемтосекундну лазерну обробку багатошарнірних мікромашин

Команда Ву Донга, професора Лабораторії мікро- та нанотехніки Університету науки і технологій Китаю (USTC), запропонувала стратегію обробки фемтосекундним лазером 2-в-1 записі кількох матеріалів для виготовляти мікромеханічні з’єднання, що складаються з чутливих до температури гідрогелів і металевих наночастинок, а згодом розробити багатошарнірні гуманоїдні мікромашини з декількома режимами деформації (＞10). Відповідні результати дослідження опубліковані в Nature Communications.
В останні роки технологія фемтосекундної лазерної двофотонної полімеризації широко використовується для виготовлення мікроструктур з різними функціями як справжній метод тривимірної обробки з нанометровою точністю. Ці мікроструктури демонструють перспективні застосування в області мікро- та нанооптики, мікросенсорів і систем мікромашин. Однак реалізувати композиційну обробку кількох матеріалів за допомогою фемтосекундних лазерів і подальше створення мікро-наномашин з різними модальностями все ще є складним завданням.
Стратегії фемтосекундної лазерної обробки «два в одному» включають створення гідрогелевих з’єднань за допомогою асиметричної двофотонної полімеризації та лазерного відновного осадження наночастинок срібла в локалізованих областях з’єднань. Зокрема, асиметрична фотополімеризація створює анізотропію в щільності зшивання в локальній області гідрогелевого мікроз’єднання, що в кінцевому підсумку дозволяє здійснювати деформації вигину, керовані напрямком і кутом. Лазерне відновне осадження in situ дозволяє точно обробляти наночастинки срібла на гідрогелевих з’єднаннях. Ці наночастинки срібла мають сильний фототермічний ефект перетворення, що дозволяє перемиканню режимів багатошарнірних мікромашин демонструвати надкороткий час відгуку (30 мс) і наднизьку потужність (<10 mW).
Як типовий приклад, вісім мікросуглобів були інтегровані в людиноподібну мікромашину. Потім дослідники використали просторову модуляцію світла, щоб отримати мультифокальний промінь у 3D-просторі, який, у свою чергу, точно стимулював кожен мікрошар. Синергічна деформація між декількома суглобами спонукала гуманоїдну мікромашину виконувати кілька реконфігурованих режимів деформації. Зрештою, гуманоїдна мікромашина «танцює» в мікрометричному масштабі.
Під час перевірки концепції, проектуючи розподіл і напрямок деформації мікросуглобів, двошарнірний мікроманіпулятор може збирати кілька мікрочастинок в одному і різних напрямках. Таким чином, фемтосекундна лазерна стратегія обробки «два в одному» може створювати деформівні мікроз’єднання в локальній області різних 3D-мікроструктур, реалізуючи кілька реконфігурованих режимів деформації.
За словами дослідників, мікроманіпулятори з декількома режимами деформації покажуть багатообіцяюче застосування в колекції мікротоварів, мікрофлюїдних маніпуляціях і маніпуляціях з клітинами.