Free-forme légère Actionneurs - Fabrication et contrôle des Actuation dans l'échelle microscopique

L’objectif global de cette procédure d’écriture laser en deux étapes est d’obtenir des structures d’actionnement de la lumière de taille micrométrique à base d’élastomère. La méthode peut aider à répondre à des questions clés dans les domaines de la microbiotique et de la microfluidique. Par exemple, comment créer une seule microstructure avec un mouvement complexe.

Le principal avantage de cette technique est que l’orientation moléculaire peut être modélisée manuellement à l’échelle microscopique. Ainsi, la forme spécifique d’actionnement peut être commandée de manière ouverte. Certaines de ces méthodes peuvent fournir des microbiotiques internes, mais elles peuvent également être appliquées à différents systèmes tels que l’ajustement de dispositifs photoniques ou de matériaux réactifs à différents stimuli.

Daniele Martella, un post-doctorant de mon laboratoire, fera la démonstration d’une partie de la procédure. Pour commencer, nettoyez une lame de couvercle en verre de 3 cm de diamètre avec de l’acétone et du tissu pour lentilles. Ensuite, à l’aide d’une pince ou d’une pince à épiler, placez des micro-sphères de verre sur la lame à environ un demi-centimètre du point central.

Ceux-ci fonctionnent comme des entretoises. Placez une lame de microscope de 1 cm de diamètre sur les entretoises et appuyez doucement dessus en position. Ensuite, ajoutez environ deux microlitres de colle à durcissement UV dans l’espace entre les lames aux trois points différents où se trouvent les entretoises.

Avant que la colle ne pénètre trop loin dans l’espace, utilisez la lumière UV pour durcir la colle. Celle-ci forme la cellule de l’expérience. Maintenant, le long du bord de la cellule, déposez environ 10 microlitres de résine IPL.

Attendez quelques minutes jusqu’à ce que le liquide se soit infiltré dans toute la surface de la cellule. Ensuite, à l’aide de colle à la gomme Fixo, fixez la cellule sur le porte-échantillon. Placez l’ensemble dans le système d’écriture laser directe et, à l’aide d’un objectif 100X, trouvez l’interface sur la surface intérieure supérieure.

Ensuite, effectuez une correction d’inclinaison, car la glissière n’est pas parfaitement horizontale. Écrivez maintenant les structures des modèles de classement IPL conçus à l’aide de 6 milliwatts de puissance laser à 60 microns par seconde. Les motifs de gradation sont réalisés avec des courbes ou des lignes droites.

Trouvez ensuite l’interface et corrigez l’inclinaison vers la surface intérieure inférieure. Écrivez le motif là aussi. Transférez maintenant la cellule dans un bain d’isopropanol pendant 12 à 24 heures.

N’ouvrez pas encore la cellule. Le lendemain, faites sécher la cellule sur une plaque chauffante à 50 degrés Celsius pendant 10 à 20 minutes. Commencez cette procédure en mesurant environ 300 mg de mélange de monomères.

Chargez le mélange dans une bouteille en verre et placez-le sur une plaque chauffante réglée entre 70 et 80 degrés Celsius pour faire fondre la poudre. Une fois fondu, remuez-le pendant une heure, entre 90 et 150 tours. Une fois que le mélange est homogène, placez la cellule préparée sur la plaque chauffante à 60 degrés Celsius et déposez 20 microlitres de mélange le long du bord de la plus petite lame de verre.

Laissez le liquide se déplacer dans la cellule. Ensuite, protégez la lame de la lumière et transférez-la au microscope à l’aide d’un polariseur croisé et d’un régulateur de température. Avant d’éclairer la cellule, fixez un filtre orange à la lampe pour filtrer les UV. Ensuite, à l’aide de l’étage chauffé, chauffez la cellule à plus de 60 degrés Celsius.

Diminuez maintenant la température à un rythme de deux à 10 degrés Celsius par minute pour mesurer la plage de température de la phase à cristaux liquides. Observez l’échantillon avec l’inversion du contraste de l’image, tout en le faisant pivoter de 45 degrés par rapport à l’axe du polariseur. Enfin, une bonne phase nématique homogène à cristaux liquides doit être notée.

Fixez ensuite la cellule sur un porte-échantillon pour le système DLW. Chargez l’échantillon et réglez la température pour passer à la phase de cristaux liquides. Trouvez ensuite l’interface de la surface intérieure inférieure et effectuez la correction de l’inclinaison à l’aide d’un objectif 100X.

Écrivez ensuite les structures LCE avec une puissance laser de quatre milliwatts et à 60 microns par seconde. Si un objectif 10X est utilisé, réglez le laser à 14 milliwatts et ne vous inquiétez pas de trouver l’interface. Dans ce cas, la structure est fabriquée sur toute l’épaisseur de l’échantillon.

Ensuite, déchargez la cellule et utilisez une lame pour retirer la lame de verre supérieure. Une fois la lame supérieure retirée, plongez les structures dans un bain de toluène pendant cinq minutes, puis faites-les sécher à l’air libre pendant 10 minutes. Pour caractériser les microstructures LCE, placez l’échantillon dans le microscope fait maison et focalisez un laser sur les structures à l’aide d’un objectif 10X.

À l’aide d’une caméra CMOS, observez la déformation induite par la lumière. À l’aide du contrôle manuel du système de micro-manipulation, placez les micro-pointes en verre qui se trouvent sur les bras manipulateurs à proximité des microstructures LCE. Allumez maintenant le laser à faible puissance, environ 20 milliwatts pour augmenter la température du LCE, et ainsi adoucir la structure.

Utilisez ensuite les pointes en verre pour prélever une microstructure LCE et la maintenir en l’air. Ce processus est nécessaire pour éviter l’adhérence de la surface du verre. Ensuite, augmentez la puissance laser au-delà de 100 milliwatts.

Enregistrez ensuite la déformation induite par la lumière de la structure LCE pour analyse. Quatre structures cylindriques LCE, d’un diamètre de 60 microns et d’une hauteur de 20 microns, ont été fabriquées sur quatre régions de classement IPL orientées différemment avec une période d’un micron. Sous l’excitation lumineuse, les colorants du LCE ont absorbé de l’énergie et l’ont transférée dans le réseau.

Les structures sont passées de la phase nématique à la phase isotrope, se contractant le long du directeur d’alignement LC d’origine et se dilatant dans la direction perpendiculaire. Cette technique permet de créer des actionneurs composés qui contiennent plus d’un type d’alignement dans une seule structure. Par exemple, une bande LCE de 400 x 40 x 20 microns a été fabriquée avec deux sections de motifs d’alignement contenant une torsion de 90 degrés.

Sous éclairage léger, la surface avec un alignement parallèle s’est contractée, tandis que celle avec un alignement perpendiculaire s’est élargie. Ainsi, la structure est pliée dans deux directions différentes. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’aligner les élastomères à cristaux liquides à l’aide d’une configuration d’écriture laser directe et de la façon de faire bouger les micro-actionneurs à l’aide de la lumière.