Origami Inspired Auto-assemblage de particules à motifs et reconfigurable

Ce protocole synthétise des particules statiques et reconfigurables de différentes formes et tailles. Tout d’abord, concevez des masques pour le réseau bidimensionnel qui finiront par s’auto-assembler en particules à motifs souhaités. Déposez ensuite les couches sacrificielles et conductrices sur un substrat plat.

Fabriquez les précurseurs 2D en modelant des panneaux et des charnières à l’aide de la photolithographie, du dépôt de couches minces, puis de la gravure, puis dissolvez la couche sacrificielle pour libérer les précurseurs 2D du substrat. En fin de compte, les précurseurs 2D libérés sont exposés à des stimuli spécifiques pour déclencher le repliement des particules allant de l’échelle micrométrique à l’échelle centimétrique. Les implications de cette technique s’étendent à la création de particules intelligentes miniaturisées, y compris celles qui peuvent faire des biopsies dans des endroits difficiles d’accès dans le corps.

De plus, la méthode peut être utilisée avec des métaux, des semi-conducteurs et même des polymères afin que nous puissions créer des capsules qui pourraient être importantes dans l’administration de médicaments, d’autant plus que nous pouvons les créer dans des géométries non sphériques et multifonctionnelles. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que l’émotion, la polymérisation ou le moulage de particules, est que cette méthode transforme l’exactitude et la précision de la lithographie plénière en motifs tridimensionnels de particules de différentes formes et tailles. La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle car les étapes de structuration et d’auto-pliage sont difficiles à apprendre car elles nécessitent à la fois des compétences en lithographie et en auto-assemblage.

Dans cette démonstration, nous fabriquerons des Dora statiques, scellés de manière permanente de taille 300 microns, ainsi que des micro-pinces thermosensibles reconfigurables. Commencez avec un logiciel de graphisme vectoriel bidimensionnel. Tout d’abord, déterminez le nombre de panneaux dans les polyèdres.

Procédez à la compréhension de la disposition bidimensionnelle à haut rendement des panneaux, également appelés filets. Les réseaux qui ont la sous-génération rouge la plus faible et le plus grand nombre de connexions de sommets secondaires s’assembleront généralement avec les queues les plus élevées. Pour le masque de panneau, dessinez les panneaux des polyèdres sous forme d’espace de réseaux, les panneaux adjacents d’une largeur d’espace. Insérez ensuite la marque de registre pour l’alignement ultérieur avec le masque de charnière.

Maintenant, pour le masque de charnière, définissez les charnières pliantes entre les panneaux. Définissez également les charnières du plafond sur les bords des panneaux. Vérifiez ensuite que le panneau et les charnières masquent la superposition du registre Les charnières de plafond offrent une tolérance d’erreur considérable lors du pliage des cellules.

Maintenant, imprimez les masques sur des films transparents à l’aide d’une imprimante haute résolution. Commencez la préparation du substrat avec un substrat plat. Nettoyez les plaquettes de silicium avec du méthanol, de l’acétone et de l’alcool isopropylique.

Ensuite, séchez-les avec de l’azote gazeux et chauffez à 150 degrés Celsius pendant cinq à 10 minutes. Sur les plaquettes de silicium, une couche de 5,5 microns d’épaisseur de 950 P-M-M-A-A 11 à 1, 100 tr/min. Au bout de trois minutes, faites cuire le substrat à 180 degrés Celsius pendant 60 secondes.

À l’aide d’un dépôt d’évaporateur thermique, d’un promoteur d’adhérence de 30 nanomètres de chrome et d’une couche conductrice de 150 nanomètres de cuivre. Ajoutez ensuite une couche d’essorage d’environ 10 microns d’épaisseur SPR 220 à 1 700 tr/min et laissez reposer pendant trois minutes. Exposez maintenant les plaquettes au masque du panneau en utilisant environ 460 millijoules par centimètre carré de lumière UV et un aligneur de masque à base de mercure.

Développez dans MF 26 developer pendant deux minutes, réapprovisionnez la solution de développement et développez pendant deux minutes supplémentaires. Procédez au calcul de la surface totale du panneau et calculez le courant nécessaire pour déposer le nickel de l’électrode à partir d’une solution commerciale de sulfate de nickel. Trempez ensuite la plaquette dans la solution de galvanoplastie au nickel.

Répétez les étapes de revêtement et d’alignement par centrifugation pour le masque de charnière. Coupez maintenant la gaufrette en petits morceaux contenant 50 à 60 filets. Enduire les bords des pièces de vernis à ongles.

Ensuite, calculez la surface totale exposée de la charnière et utilisez-la pour calculer le courant nécessaire pour déposer l’électrode de la soudure au plomb-étain à partir d’une solution de placage de soudure commerciale. Trempez ensuite la plaquette dans la solution de placage de soudure. Dissoudre la résine photosensible dans l’acétone.

Rincez les morceaux de plaquette avec de l’IPA et séchez-les avec de l’azote gazeux, immergez-les dans la gravure d’un PS 100 pendant 25 à 40 secondes pour dissoudre la couche de cuivre environnante. Rincer à l’eau distillée et sécher à l’azote gazeux. Immergez maintenant le morceau de plaquette dans la gravure CRE 473 pendant 30 à 50 secondes pour dissoudre la couche de chrome environnante.

Ensuite, rincez à l’eau distillée et séchez avec de l’azote gazeux. Enfin, plongez le morceau de plaquette dans deux à trois millilitres de NMP et chauffez à 100 degrés Celsius pendant trois à cinq minutes jusqu’à ce que les matrices soient libérées du substrat. Transférez 10 à 20 modèles dans une petite boîte de Pétri et répartissez-les uniformément.

Ajoutez ensuite environ trois à cinq millilitres de NMP et cinq à sept gouttes de chaleur de flux liquide In Delo five RMA à 100 degrés Celsius pendant cinq minutes. Le flux nettoie et dissout toute couche d’oxyde formée sur le saer et assure ainsi une bonne refusion de la soudure lors du chauffage. Augmentez la température de la plaque chauffante à 150 degrés Celsius pendant cinq minutes.

Augmentez lentement jusqu’à 200 degrés Celsius jusqu’à ce que le pliage se produise une fois que la boîte a refroidi, rincez le dodécaèdre deux fois à l’acétone et une fois dans de l’éthanol, stockez les particules dodécaédriques dans de l’éthanol pour des structures reconfigurables avec une couche sacrificielle métallique, immergez le morceau de plaquette dans un PS 100 pour graver la couche sacrificielle de cuivre sous-jacente. Attendez que les micro-pinces soient complètement libérées du substrat. Rincez les micro-pinces libérées avec de l’eau déminéralisée et conservez-les dans de l’eau froide.

Déclenchez ensuite le pliage en plaçant les micro-pinces dans de l’eau à 37 degrés Celsius. Le protocole général décrit dans le manuscrit peut être utilisé pour fabriquer des particules scellées et des dispositifs de préhension reconfigurables. Nous incluons également nos exemples visuels spécifiques pour la fabrication de particules torales scellées et de micro-poignées reconfigurables.

En règle générale, au moins deux jeux de masques sont nécessaires, l’un pour les panneaux rigides qui ne se plient pas et ne se courbent pas, et l’autre pour les zones de charnière qui plient, courbent ou scellent. Ce modèle utilise les règles de conception du masque pour une micro-pince auto-pliante. Le programme AutoCAD est utilisé pour concevoir les masques des précurseurs 2D.

Les précurseurs 2D sont ensuite fabriqués sur un substrat de silicium, comme on le voit sur ces images optiques de dedra et de micro-pinces. Cette réalisation montre l’auto-assemblage d’une particule de Dedra comme préparé dans le protocole détaillé. Dans cet article, les micro-pinces sont induites par la chaleur à se plier d’elles-mêmes à 37 degrés Celsius.

Ici, les images montrent l’assemblage d’un film mince, le pliage sous contrainte d’une micro-pince autour d’une perle, des particules polyédriques auto-assemblées peuvent être créées dans une variété de formes, ainsi que des micro-pinces de pliage. Cette animation conceptuelle de David Fallac montre l’assemblage d’une particule cubique sous l’effet de la tension superficielle. Tout d’abord, la plaquette de silicium et le masque photo sont alignés avec précision.

Ensuite, les plaquettes sont exposées au masque de panneau en utilisant environ 460 millijoules par centimètre carré de lumière UV et un aligneur de masque à base de mercure pour induire le pliage du cube. La température est élevée jusqu’au point de fusion du matériau de la charnière, ce qui provoque le gonflement des charnières à liquide pour minimiser la surface exposée. Les bords fusionnent pour minimiser leur énergie de surface et sceller les particules, formant ainsi une particule polyédrique complète.

Le processus de fabrication et d’actionnement est très parallèle, et les structures 3D peuvent être fabriquées et déclenchées simultanément. De plus, des motifs précis, tels que des pores carrés ou triangulaires, peuvent être définis dans les trois dimensions et sur des faces sélectionnées si nécessaire. Les micro-pinces auto-repliables peuvent être fermées dans des conditions biologiquement bénignes afin de pouvoir être utilisées pour exciser des tissus ou d’être chargées avec une cargaison biologique.

Cet exemple montre l’extraction de tissu vésical à l’aide de micro-pinces thermosensibles. De plus, comme les micro-pinces peuvent être fabriquées avec du nickel, un matériau ferromagnétique, elles peuvent être déplacées à distance à l’aide de champs magnétiques. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’utiliser des approches inspirées de l’origami pour synthétiser des particules précisément structurées et reconfigurables dans une variété de tailles, de formes, de motifs de surface, et stimuler la reconfigurabilité réactive.

N’oubliez pas de suivre les règles de conception régissant l’auto-assemblage des particules et de comprendre le principe de fonctionnement du processus. Il est très important de choisir les bons matériaux pour les panneaux et les charnières de la couche sacrificielle. Par exemple, vous ne devez pas choisir une couche sacrificielle nécessitant une température de dissolution élevée si votre couche de déclenchement se dissout à ces températures élevées après son développement.

Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans les domaines de la micro et de la nanotechnologie pour explorer le développement et les applications de polyèdres à motifs précis et de particules reconfigurables en électronique, en optique et en médecine.