Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Wu Dong von der University of Science and Technology of China (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) schlug eine Femtosekundenlaser-2-in-1-Schreib-Multimaterial-Verarbeitungsstrategie zur Herstellung mikrobearbeiteter zusammengesetzter Verbindungen vor von temperaturempfindlichen Hydrogelen und Metallnanopartikeln und entwickelte mehrgelenkige humanoide Mikromaschinen mit mehreren Verformungsmodi (>10). Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Naturkommunikation.
In den letzten Jahren wurde die Femtosekundenlaser-Zweiphotonenpolymerisation als echte dreidimensionale Fertigungstechnik mit nanoskaliger Präzision in großem Umfang zur Herstellung verschiedener funktioneller Mikrostrukturen eingesetzt. Diese Mikrostrukturen haben großes Potenzial in Bereichen wie Mikro-Nano-Optik, Mikrosensoren und mikroelektromechanischen Systemen gezeigt. Die Herausforderung besteht jedoch weiterhin darin, Femtosekundenlaser für die Verarbeitung mehrerer Materialien zu nutzen und die Mikro-Nano-Mechanik mit Multimodalitäten weiter auszubauen.
In dieser Studie umfasst die Femtosekundenlaser-Doppelfunktions-Herstellungsstrategie die Verwendung einer asymmetrischen Zwei-Photonen-Polymerisation zur Herstellung von Hydrogelverbindungen und die lokale Ablagerung von Silbernanopartikeln (Ag-NPs) durch Laserreduktion innerhalb der Verbindungen. Diese asymmetrische Lichtpolymerisationstechnik induziert eine Anisotropie der Vernetzungsdichte in bestimmten Bereichen der Hydrogel-Mikroverbindungen und ermöglicht letztendlich gerichtete und winkelsteuerbare Biegeverformungen.
Die In-situ-Laserreduktionsabscheidung ermöglicht die präzise Herstellung von Silbernanopartikeln auf den Hydrogelverbindungen. Diese Nanopartikel weisen starke photothermische Umwandlungseffekte auf, wodurch die Mehrgelenk-Mikromaschinerie ultraschnelle Reaktionszeiten (30 ms) und eine extrem niedrige Antriebsleistung aufweist (insbesondere wurden acht Mikrogelenke in einen humanoiden Mikromechanismus integriert. Anschließend wurde verwendet Dank der räumlichen Lichtmodulationstechnologie wurden multifokale Strahlen im 3D-Raum erzeugt, um jedes Mikrogelenk präzise zu stimulieren.
Die kollaborative Verformung zwischen mehreren Gelenken ermöglicht es der humanoiden Mikromaschine, verschiedene rekonfigurierbare Verformungsmodi zu erreichen, was letztendlich zu „tanzenden Mikrorobotern“ im Mikrometermaßstab führt. Schließlich kann als Machbarkeitsnachweis durch die Gestaltung der Verteilungs- und Verformungsrichtung der Mikrogelenke ein mechanischer Miniaturarm mit zwei Gelenken mehrere Mikropartikel sowohl in paralleler als auch in divergierender Richtung sammeln.
Die Femtosekundenlaser-Doppelfunktions-Fertigungsstrategie kann verformbare Mikroverbindungen in verschiedenen mikrostrukturierten 3D-Bereichen konstruieren und so mehrere rekonfigurierbare Verformungsmodi realisieren. Zukünftig werden Mikromaschinen mit verschiedenen Verformungsmodi breite Perspektiven für Anwendungen wie das Sammeln von Mikrogütern, die Manipulation von Mikroflüssigkeiten und zelluläre Operationen eröffnen.
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Chen Xin et al., Lichtgesteuerter Mehrgelenk-Mikroaktuator, hergestellt durch Zwei-in-Eins-Femtosekunden-Laserschreiben, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40038-x
Bereitgestellt von der University of Science and Technology of China