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). Il lavoro è stato pubblicato il 17 luglio con il titolo "Microattuatore multi-articolazione attivato dalla luce fabbricato mediante scrittura laser a femtosecondi due in uno" su Nature Communications.
La strategia di elaborazione laser a femtosecondi due in uno include l'uso della polimerizzazione asimmetrica a due fotoni per costruire giunti di idrogel e la deposizione di riduzione laser di nanoparticelle d'argento (Ag NP) in regioni localizzate delle articolazioni. In questo caso, la fotopolimerizzazione asimmetrica crea anisotropia nella densità di reticolazione nella regione locale della micro-giunzione dell'idrogel, che alla fine consente deformazioni di flessione controllabili direzionalmente e angolarmente. La deposizione di riduzione laser in situ consente l'elaborazione precisa di nanoparticelle d'argento su giunti di idrogel, che hanno un forte effetto di conversione fototermica, consentendo il cambio di modalità di micromacchine multi-giunto per mostrare eccellenti caratteristiche di tempo di risposta ultra-breve (30 ms) e ultra-basso potenza motrice (<10 mW).
Come esempio tipico, otto micro-articolazioni sono state integrate su una micromacchina umanoide. Successivamente, viene utilizzata una tecnica di modulazione spaziale della luce per ottenere un raggio multifocale nello spazio 3D, che a sua volta stimola con precisione ogni microarticolazione. La deformazione sinergica tra più articolazioni spinge la micromacchina umanoide a realizzare molteplici modalità di deformazione riconfigurabili. Alla fine, viene realizzato un "microrobot danzante" su scala micrometrica.
Infine, come prova di concetto, progettando la distribuzione e la direzione di deformazione dei micro-giunti, il micromanipolatore a due snodi può raccogliere più microparticelle in entrambe le direzioni isotropa e anisotropa. In conclusione, la strategia di elaborazione due in uno del laser a femtosecondi può costruire micro-giunti deformabili nelle regioni locali di varie microstrutture 3D e realizzare molteplici modalità di deformazione riconfigurabili. In futuro, i micromanipolatori con più modalità di deformazione mostreranno ampie prospettive di applicazione nella raccolta di microbeni, manipolazione microfluidica e manipolazione cellulare.
