Nový výskum realizuje spracovanie viackĺbových mikrostrojov femtosekundovým laserom

Tím Wu Donga, profesora Laboratória mikro a nano inžinierstva Čínskej univerzity vedy a technológie (USTC), navrhol stratégiu spracovania pomocou femtosekundového lasera 2-v{1}} písaní multimateriálov na vyrábať mikromechanické spoje pozostávajúce z hydrogélov citlivých na teplotu a kovových nanočastíc a následne vyvinúť viackĺbové humanoidné mikrostroje s viacerými režimami deformácie (＞10). Príslušné výsledky výskumu boli publikované v Nature Communications.
V posledných rokoch sa technológia dvojfotónovej polymerizácie femtosekundovým laserom široko používa na výrobu mikroštruktúr s rôznymi funkciami ako skutočná trojrozmerná metóda spracovania s nanometrovou presnosťou. Tieto mikroštruktúry vykazujú sľubné aplikácie v oblasti mikro- a nanooptiky, mikrosenzorov a mikrostrojových systémov. Stále je však náročné realizovať kompozitné spracovanie viacerých materiálov pomocou femtosekundových laserov a ďalej konštruovať mikro-nanostroje s multimodalitami.
Stratégie spracovania femtosekundovým laserom dva v jednom zahŕňajú konštrukciu hydrogélových spojov pomocou asymetrickej dvojfotónovej polymerizácie a laserového redukčného ukladania nanočastíc striebra v lokalizovaných oblastiach spojov. Najmä asymetrická fotopolymerizácia vytvára anizotropiu v hustote zosieťovania v lokálnej oblasti hydrogélového mikrospoja, čo v konečnom dôsledku umožňuje smerovo a uhlovo riadené ohybové deformácie. In situ laserová redukčná depozícia umožňuje presné spracovanie nanočastíc striebra na hydrogélových spojoch. Tieto nanočastice striebra majú silný efekt fototermálnej konverzie, ktorý umožňuje prepínanie režimov viackĺbových mikrostrojov tak, aby vykazovali ultrakrátku dobu odozvy (30 ms) a ultranízku hnaciu silu (<10 mW).
Ako typický príklad bolo na humanoidnom mikrostroji integrovaných osem mikrokĺbov. Výskumníci potom využili priestorovú moduláciu svetla na dosiahnutie multifokálneho lúča v 3D priestore, ktorý následne presne stimuloval každý mikrokĺb. Synergická deformácia medzi viacerými kĺbmi podnietila humanoidný mikrostroj vykonávať viacero rekonfigurovateľných deformačných režimov. V konečnom dôsledku humanoidný mikrostroj „tancuje“ v mikrometrovej mierke.
Pri overení koncepcie môže dvojkĺbový mikromanipulátor zhromažďovať viacero mikročastíc v rovnakých a rôznych smeroch, a to navrhnutím smeru distribúcie a deformácie mikrospojov. Stručne povedané, stratégia spracovania femtosekundovým laserom dva v jednom môže vytvoriť deformovateľné mikro-kĺby v miestnej oblasti rôznych 3D mikroštruktúr, čím sa realizuje viacero rekonfigurovateľných deformačných režimov.
Podľa výskumníkov mikromanipulátory s viacerými režimami deformácie ukážu sľubné aplikácie pri zbere mikrotovarov, mikrofluidnej manipulácii a manipulácii s bunkami.