Figura 3B Mostra le immagini degli strati di idrogeli polimerizzati impianto di fabbricazione. Figura 3B (i) Mostra un fabbricato 400 µm spessore base strato con apertura 600 µm. Figura 3B (ii) Mostra un ulteriore due strati che sono state stratificate sopra lo strato di base; un perimetro alto 500 µm e un asse alto 800 µm nel mezzo. Il tempo di fabbricazione totale per questi tre strati era meno di 3 minuti, tenendo conto di 4 secondi di esposizione per ogni strato e il tempo impiegato per regolare l'altezza del substrato di fondo e allineamento di fotomaschere. Precedente lavoro svolto sulla stessa impostazione di fabbricazione dimostra che una varietà di disegni può essere fabbricata con risoluzioni alto come 100 µm.
I componenti di idrogel potrebbero anche essere facilmente drogati con nanoparticelle di ossido di ferro. I tempi di esposizione sono stati ottimizzati per assicurare strati sottili (200 µm) di prepolimeri PEGDA drogati con ossido di ferro le nanoparticelle potrebbero essere completamente polimerizzate. Figura 5A Mostra il photomask utilizzato per definire la forma del segmento di ossido di ferro per essere polimerizzati. Il prepolimero PEGDA ONU-drogato può essere polimerizzato completamente entro 4 secondi di esposizione ai raggi UV. Tuttavia, quando il prepolimero drogati di ossido di ferro è stato esposto per 4 secondi per UV, l'idrogel risultante non era completamente polimerizzato, come si può vedere in Figura 5. Il segmento generato era più sottile (rispetto ad un segmento completamente reticolato mostrato in figura 5B), e i bordi erano irregolari con fedeltà compromessa rispetto la forma definita dal strato di fotoresist. Esposizione ai raggi UV di 10 secondi è stato richiesto per completamente Croce Collegare il segmento di ossido di ferro e figura 5B Mostra il segmento di ossido di ferro che è stato generato; il segmento polimerizzata ossido di ferro è di spessore completo (200 µm) con bordi dritti, e forma fedeltà è strettamente mantenuta rispetto alla strato di fotoresist (Figura 5A). Al contrario, un'esposizione prolungata (> 15 secondi) a luce UV generati segmenti di ossido di ferro che erano oltre polimerizzati. Figura 5 Mostra un over polimerizzato segmento che ha fedeltà forma scadente ed è più grande la forma definita dal strato di fotoresist.
Figura 6A Mostra un dispositivo completo dopo la sigillatura con un allineamento corretto utilizzando maschere fotografiche con segni di allineamento. L'ingranaggio all'interno del dispositivo è interamente all'interno del vuoto centrale del dispositivo ed è così reattivo ad azionamento magnetico. Figura 6B Mostra un dispositivo con un strato di sigillante non allineato. Figura 6 Mostra gli strati di fondo di idrogel e l'ingranaggio si è chiarito con contorni neri e Figura 6 Mostra la sigillatura non allineata dello strato superiore dell'idrogelo delucidato in contorni bianchi. Come si può vedere dalla Figura 6, porzioni dell'ingranaggio che rientrano nelle regioni dove polimerizzazione avrebbe avuto luogo durante la sigillatura (riempimento mostrato in rosso) risultati in porzioni dell'ingranaggio essendo ancorato per la maggior parte del materiale idrogel. Ciò impedisce che l'ingranaggio lo spostamento durante l'azionamento.
La figura 7 Mostra un dispositivo funzionale singolo ingranaggio che è stato fabbricato (tempo di fabbricazione ~ 15 minuti totale). Lo spessore totale del dispositivo è di 2 mm e la dimensione più lunga del dispositivo è di 13 mm. Gli strati superiore e inferiore del dispositivo è 400 µm di spessore e l'ingranaggio ha un'altezza di 1 mm. Questo design permette per una distanza di 100 µm sulla superficie superiore e inferiore dell'ingranaggio per permettere il movimento. Lo strato superiore e la maggior parte del dispositivo ha un'apertura di µm 600 e l'asse per l'ingranaggio è 400 µm di diametro. Figura 5B Mostra le immagini del dispositivo quando è azionata con un magnete tale che l'ingranaggio esegue una rotazione completa, come si può osservare dalla variazione di posizione del segmento dell'ossido di ferro da (i) attraverso (vi).

Figura 1 . Predisposizione montaggio base di idrogel micromachines. A) schema di fase di fabbricazione. Questo schema mostra i vari componenti dell'assetto fabbricazione tra cui la camera PDMS in cui nel caso degli idrogeli è formate all'interno dell'area di fabbricazione, una fase di vuoto-permessi che tiene giù la camera di PDMS così come si attacca la membrana flessibile per un testina micrometrica per il controllo di altezza e superiore substrato costituito da un vetrino coprioggetti non trattato o rivestito con PDMS. B) schema di vista superiore della fase fabbricazione (senza camera di PDMS). La sorgente di luce UV viene quindi posizionata tale che l'angolo di incidenza della luce è perpendicolare al piano orizzontale della fase di fabbricazione (non mostrato in figura). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2 . Schematica del dispositivo basato su idrogel di singolo-gear e maschere fotografiche utilizzate per ogni strato. A) schema di vista superiore e obliquo di un dispositivo basato su idrogel tipico che possa essere fabbricato usando questa strategia. Questo dispositivo è costituito da un singolo ingranaggio che contiene un segmento di ferro-drogati che consente un controllo magnetico. B) schema di strati individuali e dei componenti all'interno del dispositivo. Questo dispositivo singolo-gear è composto da un top di tenuta strato (i), strutture di supporto come il post per l'ingranaggio di ferro-drogati e le pareti del dispositivo (ii) come pure un strato di fondo (iii). C) Photomask disegni utilizzati per fabbricare il dispositivo single-gear. Le fotomaschere sono progettato buio del campo; mentre lo sfondo è scuro, vengono lasciate trasparente caratteristiche desiderate. Questo pannello mostra i disegni di fotomaschere corrispondente alla parte superiore di tenuta strato (i), strutture di sostegno (ii) e strato inferiore (iii). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3 . Fotolitografia strato-da-strato di base di idrogel micromachines. A) schema di procedura guidata per la fabbricazione di dispositivi all'interno dell'area di fabbricazione della camera PDMS. 1: un piccolo volume di prepolimero PEGDA è pipettato sul vetrino coprioggetti legato alla membrana flessibile della camera PDMS (substrato di fondo). Un pezzo di vetro non trattato coprioggetto è usato come il substrato superiore e un photomask è posto sulla cima di questo substrato superiore. L'altezza del substrato di fondo è portato all'altezza desiderata (Z1) utilizzando la testina micrometrica. Il prepolimero idrogel viene quindi esposto ai raggi UV luce attraverso strato di fotoresist. Il substrato superiore può essere sollevato quindi la camera di PDMS e idrogel resti aderiti al substrato superiore (nel riquadro). Questo strato è quindi riservato per un utilizzo successivo. 2: passaggio 1 viene ripetuto, ma il substrato superiore viene ora sostituito con vetro rivestite con PDMS. L'idrogelo polimerizzato rimarrà aderito al substrato di fondo. 3: l'altezza del substrato di fondo si abbassa (Z2> Z1) e più prepolimero possa essere aggiunti alla zona di fabbricazione. Viene utilizzato un secondo strato di fotoresist e il prepolimero viene esposto a luce UV ancora una volta. 4: passaggio 3 può essere ripetuto (Z3 > Z2) fino a quando vengono create le strutture di supporto desiderato. (i) una volta che le strutture di sostegno sono state completate, il substrato superiore può essere rimosso per consentire l'accesso all'area di fabbricazione per l'introduzione di eventuali componenti di idrogel preformati (ad es., ferro-drogati gear). (ii) una volta che i componenti preformati sono stati posizionati e allineati correttamente, lo strato di idrogel dal punto 1 possa essere poste sulla parte superiore della struttura fabbricata e allineato. 5: tutti i livelli vengono quindi esposte ai raggi UV luce attraverso un photomask che sigilla i bordi del dispositivo. (i) il passo di tenuta guarnizioni l'intero dispositivo, mentre i componenti interni sono schermati da ulteriore esposizione ai raggi UV. (ii) il dispositivo sigillato la camera di fabbricazione può essere sollevato quindi come esso avrebbe preferenzialmente aderire al substrato superiore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4 . Passaggi per doping di nanoparticelle di ossido di ferro dei componenti di idrogel. (i) luce UV viene esposto tramite un photomask definisce il segmento drogato con ossido di ferro all'interno l'ingranaggio di idrogel. (ii) sottile (200 µm) strati di idrogel drogato con ossido di ferro è polimerizzato ogni volta e impilati uno su altro. (iii) il livello di strati sottili crea un segmento con altezza totale di 1 mm. Questo segmento viene lasciato nel livello di fabbricazione. (iv) delle Nazioni Unite-drogato prepolimero è poi depositato nella zona di fabbricazione e un photomask che definisce la forma completa dell'ingranaggio viene quindi utilizzata durante il cross-linking. In questo modo la formazione dell'ingranaggio completo con un segmento drogato con ossido di ferro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5 . Fotopolimerizzazione di idrogel drogato con ossido di ferro componenti. A) Photomask del segmento gear per essere drogati con nanoparticelle di ossido di ferro. B) idrogel drogato con ossido di ferro che è stato perfettamente polimerizzato (10 s esposizione). C) idrogel drogato con ossido di ferro che è stato sotto-polimerizzati (4 s esposizione). D) idrogel drogato con ossido di ferro che è stato eccessivamente polimerizzato (20 s esposizione). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6 . Allineamento di idrogel strati durante la sigillatura del dispositivo. A) immagine mostra il corretto allineamento di strati di idrogel con movimento libero dell'ingranaggio che è interamente all'interno il vuoto del dispositivo. B) immagine dispositivo visualizzando con strati di idrogel disallineati (B, C e D sono immagini del dispositivo stesso, ma con diversi strati evidenziati). C) stessa immagine come in (B) ma con contorni neri delucidamento fondo strati che sono correttamente allineati. L'ingranaggio è posizionato correttamente all'interno degli strati di fondo. D) stessa immagine come in (B) ma con contorni bianchi risultati di livello superiore non allineato di idrogel. L'ingranaggio è stato parzialmente polimerizzato durante la fase di tenuta e porzioni dell'ingranaggio (riempimento rosso) è stata ancorata per materiale alla rinfusa del dispositivo. Questo rende il dispositivo non funzionante. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7 . Azionamento di un singolo-gear basato su idrogel micromachine. A) immagine che mostra il dispositivo fabbricato. B) immagini che mostrano i diversi orientamenti dell'ingranaggio all'azionamento. (i) dall'orientamento iniziale (0°), l'ingranaggio viene ruotato per (ii) 60°, (iii) 120°, (iv) di 180°, (v) 240° e 300°. Barra della scala è di 1 mm Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 8 . Montaggio versatile di vari disegni per base di idrogel micromachines. A) una semplice saracinesca che controlla il rilascio di farmaci da un singolo serbatoio. Il movimento lineare del componente idrogel drogato con ossido di ferro cancelli la diffusione di un ipotetico farmaco fuori attraverso e la presa. B) un collettore lineare con cancello che controlla il rilascio di farmaci da più serbatoi. Ciascun serbatoio contiene droghe ipotetici e il movimento delle porte della componente drogato con ossido di ferro il movimento dei farmaci fuori questi serbatoi attraverso una finestra di idrogel che permette per la diffusione di queste droghe fuori verso l'esterno. C) un semplice rotore può essere azionato per far girare attorno ad un asse. D) un design sofisticato basato sull'unità di Geneva. Un ingranaggio di azionamento con un pin è in grado di coinvolgere un più grande ingranaggio condotto e produrre movimento intermittente; una rotazione completa dell'ingranaggio di azionamento consente di ruotare l'ingranaggio condotto di 60°. Tutte le barre della scala sono di 1 mm. Dal mento, S. Y. et al. Additive produzione di materiali a base di idrogel per la prossima generazione di dispositivi medici impiantabili. Scienza robotica. 2 (2), (2017). Ristampato con il permesso da AAAS17. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.