اوريغامي الملهمة التجميع الذاتي للجزيئات منقوشة واعادة التشكيل

هذا البروتوكول بتجميع جزيئات ثابتة وقابلة لإعادة التكوين بدقة بأشكال وأحجام مختلفة. أولا ، تصميم أقنعة للشبكة ثنائية الأبعاد التي ستتجمع ذاتيا في النهاية إلى الجسيمات المزخرفة المطلوبة. ثم قم بإيداع طبقات القرابين والموصلة على ركيزة مسطحة.

قم بتصنيع السلائف ثنائية الأبعاد عن طريق الزخرفة والألواح والمفصلات باستخدام ترسيب الأغشية الرقيقة للطباعة الحجرية الضوئية ، والنقش ثم إذابة طبقة القرابين لتحرير السلائف ثنائية الأبعاد من الركيزة. في النهاية ، تتعرض السلائف ثنائية الأبعاد التي تم إصدارها لمحفزات محددة لتحفيز طي الجسيمات التي تتراوح من الميكرومتر إلى مقياس السنتيمتر. تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية نحو إنشاء جزيئات ذكية مصغرة ، بما في ذلك تلك التي يمكنها إجراء خزعات في الأماكن التي يصعب الوصول إليها في الجسم.

علاوة على ذلك ، يمكن استخدام الطريقة مع المعادن وأشباه الموصلات وحتى البوليمرات حتى نتمكن من إنشاء كبسولات يمكن أن تكون مهمة في توصيل الدواء ، خاصة وأنه يمكننا إنشاؤها في أشكال هندسية غير كروية ومتعددة الوظائف. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل العاطفة أو البلمرة أو صب الجسيمات ، هي أن هذه الطريقة تحول دقة ودقة الطباعة الحجرية العامة إلى زخرفة ثلاثية الأبعاد للجسيمات ذات الأشكال والأحجام المختلفة. يعد العرض المرئي لهذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية حيث يصعب تعلم خطوات الزخرفة والطي الذاتي لأنها تتطلب مهارات الطباعة الحجرية والتجميع الذاتي.

في هذا العرض التوضيحي ، سنقوم بتصنيع Dora ثابتة ومحكمة الغلق بشكل دائم بحجم 300 ميكرون ، بالإضافة إلى قابضين صغيرين حساسين للحرارة قابلة لإعادة التكوين. ابدأ ببرنامج رسومي متجه ثنائي الأبعاد. أولا ، حدد عدد الألواح في متعدد الوجوح.

تابع لمعرفة الترتيب ثنائي الأبعاد عالي الغلة للألواح ، وتسمى أيضا الشبكات. عادة ما تتجمع الشباك التي تحتوي على أدنى جيل فرعي أحمر وأكبر عدد من وصلات الرأس الثانوية مع أعلى ذيول بالنسبة لقناع اللوحة ، ارسم ألواح متعدد السطوح كمساحة للشبكات ، والألواح المجاورة بعرض الفجوة. ثم أدخل علامة التسجيل للمحاذاة اللاحقة مع قناع المفصلة.

الآن بالنسبة للقناع المفصلي ، حدد المفصلات القابلة للطي بين الألواح. حدد أيضا مفصلات السقف عند حواف الألواح. ثم تحقق من أن تراكب أقنعة اللوحة والمفصلات مع مفصلات السقف للسجل توفر تسامحا كبيرا مع الخطأ أثناء طي الخلية.

الآن ، اطبع الأقنعة على أفلام شفافة باستخدام طابعة عالية الدقة. ابدأ تحضير الركيزة بركيزة مسطحة. نظف رقائق السيليكون بالميثانول والأسيتون وكحول الأيزوبروبيل.

ثم جففها بغاز النيتروجين وسخنها على حرارة 150 درجة مئوية لمدة خمس إلى 10 دقائق. على طبقة تدور رقائق السيليكون ، طبقة سميكة 5.5 ميكرون من 950 P-M-M-A-A 11 عند 1 ، 100 دورة في الدقيقة. بعد ثلاث دقائق ، اخبزي الركيزة على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 60 ثانية.

باستخدام رواسب المبخر الحراري ، محفز التصاق 30 نانومتر من الكروم والطبقة الموصلة من 150 نانومتر من النحاس. ثم أضف طبقة تدور بسمك 10 ميكرون تقريبا SPR 220 عند 1 ، 700 دورة في الدقيقة توضع جانبا لمدة ثلاث دقائق. الآن قم بتعريض الرقائق لقناع اللوحة باستخدام ما يقرب من 460 مللي جول لكل سنتيمتر مربع من ضوء الأشعة فوق البنفسجية ومصفف قناع قائم على الزئبق.

قم بالتطوير في مطور MF 26 لمدة دقيقتين ، وقم بتجديد حل المطور وتطويره لمدة دقيقتين أخريين. تابع حساب مساحة اللوحة الإجمالية وحساب التيار المطلوب لترسيب النيكل من محلول كبريتات النيكل التجاري. ثم اغمس الرقاقة في محلول الطلاء الكهربائي بالنيكل.

كرر خطوات طلاء الدوران والمحاذاة للقناع المفصلي. الآن قم بتقطيع الرقاقة إلى قطع صغيرة تحتوي على 50 إلى 60 شبكة. قم بتغطية حواف القطع بطلاء الأظافر.

بعد ذلك ، احسب إجمالي مساحة المفصلة المكشوفة واستخدمها لحساب التيار المطلوب لإيداع لحام قصدير الرصاص من محلول طلاء اللحام التجاري. ثم اغمس الرقاقة في محلول طلاء اللحام. قم بإذابة مقاومة الصورة في الأسيتون.

اشطف قطع الرقاقة باستخدام IPA وجففها بقطعة رقاقة غمر غاز النيتروجين في نقش PS 100 لمدة 25 إلى 40 ثانية لإذابة طبقة النحاس المحيطة. اشطفها بالماء المقطر وجففها بغاز النيتروجين. الآن اغمر قطعة الرقاقة في النقش CRE 473 لمدة 30 إلى 50 ثانية لإذابة طبقة الكروم المحيطة.

ثم اشطفها بالماء المقطر وجففها بغاز النيتروجين. أخيرا ، اغمر قطعة الرقاقة في ملليلترين إلى ثلاثة ملليلترات من NMP وقم بتسخينها على حرارة 100 درجة مئوية لمدة ثلاث إلى خمس دقائق حتى يتم تحرير القوالب من الركيزة. انقل 10 إلى 20 قالبا في طبق بتري صغير ووزعها بشكل موحد.

ثم أضف ما يقرب من ثلاثة إلى خمسة ملليلتر من NMP وخمس إلى سبع قطرات من حرارة تدفق السائل في Delo خمسة RMA عند 100 درجة مئوية لمدة خمس دقائق. ينظف التدفق ويذوب أي طبقة أكسيد متكونة على الصاير وبالتالي يضمن إعادة تدفق اللحام بشكل جيد عند التسخين. ارفعي درجة حرارة اللوح الساخن إلى 150 درجة مئوية لمدة خمس دقائق.

قم بزيادة ببطء إلى 200 درجة مئوية حتى يحدث الطي بعد أن يبرد الطبق ، اشطف الاثني عشر السطوح مرتين في الأسيتون ومرة واحدة في الإيثانول ، قم بتخزين جزيئات الاثني عشر السطوح في الإيثانول للهياكل القابلة لإعادة التكوين بطبقة قرابين معدنية ، واغمر قطعة الرقاقة في PS 100 لحفر طبقة القرابين النحاسية الأساسية. انتظر حتى يتم تحرير القابضون الجزئيين تماما من الركيزة. اشطف القابضين الصغيرين المفرج عنهم بالماء منزوع الأيونات واحتفظ بهم في الماء البارد.

ثم قم بتشغيل الطي عن طريق وضع القابضين الصغيرين في ماء 37 درجة مئوية. يمكن استخدام البروتوكول العام الموصوف في المخطوطة لتصنيع جسيمات مختومة وأجهزة الإمساك القابلة لإعادة التكوين. تضمنت أيضا أمثلتنا المرئية المحددة لكل من تصنيع الجسيمات الحديدية المختومة والمقابض الدقيقة القابلة لإعادة التكوين.

كقاعدة عامة ، هناك حاجة إلى مجموعتين على الأقل من الأقنعة ، واحدة للألواح الصلبة التي لا تنحني أو تنحني ، والأخرى للمناطق المفصلية التي تنحني أو تغلق. يستخدم هذا النمط قواعد تصميم القناع لقابض صغير ذاتي الطي يستخدم برنامج AutoCAD لتصميم أقنعة السلائف ثنائية الأبعاد.

ثم يتم تصنيع السلائف ثنائية الأبعاد من ركيزة السيليكون كما هو موضح في هذه الصور البصرية للقابضين dedra و micro. يظهر هذا الإدراك التجميع الذاتي لجسيم Dedra كما هو محضر في البروتوكول المفصل. في هذه المقالة هنا ، يتم تحفيز القابضين الجزئيين عن طريق الحرارة للطي الذاتي عند 37 درجة مئوية.

هنا تصور الصور تجميع طبقة رقيقة ، ويمكن إنشاء طي مدفوع بالإجهاد لقابض صغير حول جزيئات متعددة السطوح ذاتية التجميع في مجموعة متنوعة من الأشكال بالإضافة إلى القابضين الصغيرين القابل للطي. تظهر هذه الرسوم المتحركة المفاهيمية لديفيد فالاك تجميعا مدفوعا بالتوتر السطحي لجسيم مكعب. أولا ، تتم محاذاة رقاقة السيليكون وقناع الصور بدقة.

ثم يتم تعريض الرقائق لقناع اللوحة باستخدام ما يقرب من 460 مللي جول لكل سنتيمتر مربع من ضوء الأشعة فوق البنفسجية ومصفف قناع قائم على الزئبق للحث على طي المكعب. ترتفع درجة الحرارة إلى نقطة انصهار المادة المفصلية ، مما يتسبب في ارتفاع المفصلات السائلة لتقليل مساحة السطح المكشوفة. تندمج الحواف لتقليل طاقتها السطحية وإغلاق الجسيمات ، وبالتالي تشكيل جسيم كامل متعدد السطوح.

عملية التصنيع والتشغيل متوازية للغاية ، ويمكن تصنيع الهياكل ثلاثية الأبعاد وتشغيلها في وقت واحد. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحديد الأنماط الدقيقة كما تتمثل في المسام المربعة أو المثلثة على الأبعاد الثلاثة وعلى الوجوه المحددة إذا لزم الأمر. يمكن إغلاق القابضين الصغيرين ذاتي الطي في ظل ظروف حميدة بيولوجيا بحيث يمكن استخدامها لاستئصال الأنسجة أو يمكن تحميلها بالبضائع البيولوجية.

يوضح هذا المثال استخراج أنسجة المثانة باستخدام قابضات دقيقة حساسة للحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرا لأنه يمكن تصنيع القابضون الجزئيين من مادة مغناطيسية من النيكل ، فيمكن نقلها من بعيد باستخدام المجالات المغناطيسية. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية استخدام الأساليب المستوحاة من الأوريغامي لتجميع الجسيمات المنقوشة بدقة والقابلة لإعادة التكوين في مجموعة متنوعة من الأحجام والأشكال وأنماط السطح وتحفيز إعادة التكوين سريعة الاستجابة.

تذكر اتباع قواعد التصميم الحاكمة للتجميع الذاتي للجسيمات وفهم مبدأ عمل العملية. من المهم جدا اختيار المواد المناسبة لألواح ومفصلات طبقة القرابين. على سبيل المثال ، يجب ألا تختار طبقة قرابين تتطلب درجة حرارة عالية للذوبان إذا كانت طبقة الزناد تذوب في درجات الحرارة المرتفعة هذه بعد تطورها.

مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجالات التكنولوجيا الدقيقة والنانوية لاستكشاف تطوير وتطبيقات الجسيمات متعددة الوجوه المنقوشة بدقة والقابلة لإعادة التكوين في الإلكترونيات والبصريات والطب.