Origami Inspired autoensamblaje de partículas modeladas y Reconfigurable

Este protocolo sintetiza partículas estáticas y reconfigurables con patrones precisos de diferentes formas y tamaños. Primero, diseñe máscaras para la red bidimensional que eventualmente se autoensamblará hasta las partículas con patrón deseadas. A continuación, deposite las capas de sacrificio y conductoras sobre un sustrato plano.

Fabrica los precursores 2D mediante el modelado de paneles y bisagras mediante fotolitografía, deposición de película delgada y grabado y luego disuelve la capa de sacrificio para liberar los precursores 2D del sustrato. En última instancia, los precursores 2D liberados se exponen a estímulos específicos para desencadenar el plegamiento de las partículas que van desde la escala micrométrica hasta la escala centimétrica. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la creación de partículas inteligentes miniaturizadas, incluidas aquellas que pueden hacer biopsias en lugares del cuerpo de difícil acceso.

Además, el método se puede utilizar con metales, semiconductores e incluso polímeros para que podamos crear cápsulas que podrían ser importantes en la administración de fármacos, especialmente porque podemos crearlas en geometrías no esféricas, esféricas y multifuncionales. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes como la emoción, la polimerización o el moldeo de partículas, es que este método transforma la exactitud y precisión de la litografía plenaria en un patrón tridimensional de partículas con diferentes formas y tamaños. La demostración visual de este método es fundamental, ya que los pasos de modelado y autoplegado son difíciles de aprender porque requieren habilidades de litografía y autoensamblaje.

En esta demostración, fabricaremos Dora estática y permanentemente sellada de 300 micras de tamaño, así como micropinzas termosensibles reconfigurables. Comience con un programa de software de gráficos vectoriales bidimensionales. En primer lugar, determine el número de paneles de los poliedros.

Proceda a averiguar la disposición bidimensional de alto rendimiento de los paneles, también llamados redes. Las redes que tienen la subgeneración roja más baja y el mayor número de conexiones de vértices secundarios generalmente se ensamblarán con las colas más altas. Para la máscara de panel, dibuje los paneles de los poliedros como espacio de redes, los paneles adyacentes por un ancho de espacio. A continuación, inserte la marca de registro para la posterior alineación con la máscara de bisagra.

Ahora, para la máscara de bisagra, defina las bisagras plegables entre los paneles. Defina también las bisagras del techo en los bordes de los paneles. A continuación, compruebe que la superposición de máscaras de panel y bisagras con bisagras de techo de registro proporciona una tolerancia de error considerable durante el plegado de celdas.

Ahora, imprima las máscaras en películas transparentes utilizando una impresora de alta resolución. Comience la preparación del sustrato con un sustrato plano. Limpie las obleas de silicona con metanol, acetona y alcohol isopropílico.

Luego séquelos con gas nitrógeno y caliente a 150 grados centígrados durante cinco a 10 minutos. Sobre las obleas de silicona se aplica una capa de 5,5 micras de espesor de 950 P-M-M-A-A 11 a 1, 100 RPM. Pasados los tres minutos, hornea el sustrato a 180 grados centígrados durante 60 segundos.

Utilizando un evaporador térmico se deposita, un promotor de adhesión de 30 nanómetros de cromo y la capa conductora de 150 nanómetros de cobre. A continuación, añada una capa de centrifugado de aproximadamente 10 micras de espesor SPR 220 a 1.700 rpm y deje reposar durante tres minutos. Ahora exponga las obleas a la mascarilla de panel utilizando aproximadamente 460 milijulios por centímetro cuadrado de luz ultravioleta y un alineador de mascarilla a base de mercurio.

Desarrolle en MF 26 developer durante dos minutos, reponga la solución de desarrollador y desarrolle durante otros dos minutos. Proceda a calcular el área total del panel y calcule la corriente requerida para depositar el níquel en el electrodo de una solución comercial de sulfato de níquel. Luego sumerja la oblea en la solución de galvanoplastia de níquel.

Repita los pasos de recubrimiento de centrifugado y alineación para la máscara de bisagra. Ahora corte la oblea en trozos pequeños que contengan de 50 a 60 redes. Cubre los bordes de las piezas con esmalte de uñas.

A continuación, calcule el área total expuesta de la bisagra y utilícela para calcular la corriente necesaria para depositar electrodos la soldadura de plomo y estaño de una solución de soldadura comercial. Luego sumerja la oblea en la solución de soldadura. Disuelve la fotoresistencia en acetona.

Enjuague las piezas de oblea con IPA y séquelas con gas nitrógeno, sumerja la pieza de oblea en un grabado con PS 100 durante 25 a 40 segundos para disolver la capa de cobre circundante. Enjuague con agua destilada y seque con gas nitrógeno. Ahora sumerja la pieza de oblea en el grabado CRE 473 durante 30 a 50 segundos para disolver la capa de cromo circundante.

Luego enjuague con agua destilada y seque con gas nitrógeno. Finalmente, sumerja la pieza de oblea en dos o tres mililitros de NMP y caliente a 100 grados centígrados durante tres a cinco minutos hasta que las plantillas se liberen del sustrato. Transfiera de 10 a 20 plantillas a una placa de Petri pequeña y distribúyalas uniformemente.

A continuación, añada aproximadamente de tres a cinco mililitros de NMP y de cinco a siete gotas de calor de fundente líquido Delo five RMA a 100 grados centígrados durante cinco minutos. El fundente limpia y disuelve cualquier capa de óxido formada en el saer y, por lo tanto, garantiza un buen reflujo de soldadura al calentarse. Aumente la temperatura de la placa caliente a 150 grados centígrados durante cinco minutos.

Aumente lentamente a 200 grados centígrados hasta que se pliegue después de que el plato se haya enfriado, enjuague el dodecaédrico dos veces en acetona y una vez en etanol, almacene las partículas dodecaédricas en etanol para estructuras reconfigurables con capa de sacrificio metálica, sumerja la pieza de oblea en un PS 100 para grabar la capa de sacrificio de cobre subyacente. Espere hasta que las micropinzas se liberen completamente del sustrato. Enjuague las micropinzas liberadas con agua desionizada y manténgalas en agua fría.

A continuación, active el plegado colocando las micropinzas en agua a 37 grados centígrados. El protocolo general descrito en el manuscrito se puede utilizar para fabricar partículas selladas con patrones y dispositivos de agarre reconfigurables. También se incluyeron nuestros ejemplos visualizados específicos para la fabricación de partículas torales selladas y micro agarres reconfigurables.

Como regla general, se necesitan al menos dos juegos de máscaras, uno para paneles rígidos que no se doblan ni se curvan, y el otro para las regiones de las bisagras que se doblan, curvan o sellan. Este patrón utiliza las reglas de diseño de la máscara para una micropinza autoplegable. El programa AutoCAD se utiliza para diseñar las máscaras de los precursores 2D.

A continuación, los precursores 2D se fabrican con un sustrato de silicona, como se ve en estas imágenes ópticas de dedra y micropinzas. Esta realización muestra el autoensamblaje de una partícula Dedra tal como se prepara en el protocolo detallado. En este artículo, las micropinzas son inducidas por el calor a autoplegarse a 37 grados centígrados.

Aquí, las imágenes muestran el ensamblaje de una película delgada, el plegado impulsado por tensión de una micropinza alrededor de un cordón, las partículas poliédricas autoensambladas se pueden crear en una variedad de formas, así como las micropinzas plegables. Esta animación conceptual de David Fallac muestra el ensamblaje de una partícula cúbica impulsado por la tensión superficial. En primer lugar, la oblea de silicona y la fotomáscara se alinean con precisión.

A continuación, las obleas se exponen a la mascarilla de panel utilizando aproximadamente 460 milijulios por centímetro cuadrado de luz ultravioleta y un alineador de mascarilla a base de mercurio para inducir el plegado del cubo. La temperatura se eleva hasta el punto de fusión del material de la bisagra, lo que hace que las bisagras líquidas se hagan bolas para minimizar el área de superficie expuesta. Los bordes se fusionan para minimizar su energía superficial y sellar las partículas, formando así una partícula poliédrica completa.

El proceso de fabricación y accionamiento es muy paralelo, y las estructuras 3D se pueden fabricar y activar simultáneamente. Además, se pueden definir patrones precisos, como lo ejemplifican los poros cuadrados o triangulares, en las tres dimensiones y en las caras seleccionadas si es necesario. Las micropinzas autoplegables pueden cerrarse en condiciones biológicamente benignas para que puedan utilizarse para extirpar tejidos o se puedan cargar con carga biológica.

Este ejemplo muestra la extracción de tejido vesical utilizando micropinzas termosensibles. Además, dado que las micropinzas pueden fabricarse con níquel, un material ferromagnético, se pueden mover desde lejos utilizando campos magnéticos. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo utilizar enfoques inspirados en el origami para sintetizar partículas reconfigurables y con patrones precisos en una variedad de tamaños, formas, patrones de superficie y estimular la reconfigurabilidad receptiva.

Recuerde seguir las reglas de diseño que rigen para el autoensamblaje de las partículas y comprender el principio de funcionamiento del proceso. Es muy importante elegir los materiales adecuados para los paneles y bisagras de la capa de sacrificio. Por ejemplo, no debe elegir una capa de sacrificio que requiera una alta temperatura de disolución si su capa desencadenante se disuelve a estas altas temperaturas después de su desarrollo.

Esta técnica allanó el camino para que los investigadores en los campos de la micro y la nanotecnología exploraran el desarrollo y las aplicaciones de poliedros con patrones precisos y partículas reconfigurables en electrónica, óptica y medicina.