Una nueva investigación realiza el procesamiento con láser de femtosegundo de micromáquinas de articulaciones múltiples

El equipo de Wu Dong, profesor del Laboratorio de Micro y Nano Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), propuso una estrategia de procesamiento de láser de femtosegundo 2-en-1 escritura de materiales múltiples para fabricar juntas micromecánicas que consisten en hidrogeles sensibles a la temperatura y nanopartículas metálicas, y posteriormente desarrollaron micromáquinas humanoides multiarticuladas con múltiples modos de deformación (>10). Los resultados de la investigación relevante se han publicado en Nature Communications.
En los últimos años, la tecnología de polimerización de dos fotones con láser de femtosegundo se ha utilizado ampliamente para fabricar microestructuras con diversas funciones como un verdadero método de procesamiento tridimensional con precisión nanométrica. Estas microestructuras muestran aplicaciones prometedoras en los campos de la micro y nanoóptica, los microsensores y los sistemas de micromáquinas. Sin embargo, todavía es un desafío realizar el procesamiento de múltiples materiales compuestos con láseres de femtosegundos y construir micronanomáquinas con múltiples modalidades.
Las estrategias de procesamiento dos en uno con láser de femtosegundo incluyen la construcción de uniones de hidrogel mediante polimerización asimétrica de dos fotones y la deposición por reducción con láser de nanopartículas de plata en regiones localizadas de las uniones. En particular, la fotopolimerización asimétrica crea anisotropía en la densidad de reticulación en la región local de la microunión de hidrogel, lo que en última instancia permite deformaciones de flexión controlables direccional y angularmente. La deposición reductora por láser in situ permite el procesamiento preciso de nanopartículas de plata en juntas de hidrogel. Estas nanopartículas de plata tienen un fuerte efecto de conversión fototérmica, lo que permite que el cambio de modo de las micromáquinas de múltiples articulaciones exhiba un tiempo de respuesta ultracorto (30 ms) y una potencia de conducción ultrabaja (<10 mW).
Como ejemplo típico, se integraron ocho microarticulaciones en una micromáquina humanoide. Luego, los investigadores utilizaron modulación de luz espacial para lograr un haz multifocal en el espacio 3D, que a su vez estimuló con precisión cada microarticulación. La deformación sinérgica entre múltiples articulaciones impulsó a la micromáquina humanoide a realizar múltiples modos de deformación reconfigurables. En última instancia, la micromáquina humanoide "baila" a escala micrométrica.
En la prueba de concepto, al diseñar la dirección de distribución y deformación de las microuniones, el micromanipulador de dos articulaciones puede recolectar múltiples micropartículas en la misma y en diferentes direcciones. En resumen, la estrategia de procesamiento dos en uno del láser de femtosegundo puede construir microuniones deformables en la región local de varias microestructuras 3D, logrando múltiples modos de deformación reconfigurables.
Según los investigadores, los micromanipuladores con múltiples modos de deformación mostrarán aplicaciones prometedoras en la recolección de microbienes, la manipulación de microfluidos y la manipulación de células.