In recent years, femtosecond laser two-photon polymerization technology has been widely used as a true three-dimensional machining method with nanometer precision to fabricate a variety of functional microstructures, which show broad application prospects in the fields of micro- and nano-optics, micro-sensors and micro-machine systems. However, it is still challenging to utilize femtosecond lasers to realize composite multi-material processing and further construct micro-nano-machines with multi-modalities. In view of this, Prof. Wu Dong's team at the Micro and Nano Engineering Laboratory of the University of Science and Technology of China (USTC) proposed a femtosecond laser two-in-one writing multi-material processing strategy to fabricate micromachined joints composed of temperature-sensitive hydrogels and metal nanoparticles, and subsequently developed multi-jointed humanoid micromachines with multiple deformation modes (>10). Die Arbeit wurde am 17. Juli unter dem Titel „Light-triggered multi-joint microactuator fabricated by two-in-one femtosecond laser writing“ in Nature Communications veröffentlicht.
Die Femtosekundenlaser-Zwei-in-Eins-Verarbeitungsstrategie umfasst die Verwendung einer asymmetrischen Zwei-Photonen-Polymerisation zum Aufbau von Hydrogelverbindungen und die Laserreduktionsabscheidung von Silbernanopartikeln (Ag-NPs) in lokalisierten Bereichen der Verbindungen. In diesem Fall erzeugt die asymmetrische Photopolymerisation eine Anisotropie in der Vernetzungsdichte im lokalen Bereich der Hydrogel-Mikroverbindung, die letztendlich richtungs- und winkelgesteuerte Biegeverformungen ermöglicht. Die In-situ-Laserreduktionsabscheidung ermöglicht die präzise Verarbeitung von Silbernanopartikeln auf Hydrogelverbindungen, die einen starken photothermischen Umwandlungseffekt haben, wodurch die Modusumschaltung von Mehrgelenk-Mikromaschinen hervorragende Eigenschaften wie ultrakurze Reaktionszeit (30 ms) und extrem niedrige Reaktionszeit aufweist Antriebsleistung (<10 mW).
Als typisches Beispiel wurden acht Mikrogelenke in eine humanoide Mikromaschine integriert. Anschließend wird eine räumliche Lichtmodulationstechnik verwendet, um einen multifokalen Strahl im 3D-Raum zu erzeugen, der wiederum jedes Mikrogelenk präzise stimuliert. Die synergistische Verformung zwischen mehreren Gelenken treibt die humanoide Mikromaschine dazu an, mehrere rekonfigurierbare Verformungsmodi zu erreichen. Letztlich entsteht ein „tanzender Mikroroboter“ im Mikrometermaßstab.
Schließlich kann der zweigelenkige Mikromanipulator als Proof-of-Concept durch die Gestaltung der Verteilungs- und Verformungsrichtung der Mikrogelenke mehrere Mikropartikel sowohl in isotroper als auch in anisotroper Richtung sammeln. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Femtosekundenlaser-Zwei-in-Eins-Bearbeitungsstrategie verformbare Mikroverbindungen in den lokalen Bereichen verschiedener 3D-Mikrostrukturen konstruieren und mehrere rekonfigurierbare Verformungsmodi realisieren kann. Zukünftig werden Mikromanipulatoren mit mehreren Verformungsmodi breite Anwendungsaussichten bei der Sammlung von Mikrogütern, der mikrofluidischen Manipulation und der Zellmanipulation bieten.
