Origami Ispirato auto-assemblaggio di particelle Fantasia e riconfigurabile

Questo protocollo sintetizza particelle statiche e riconfigurabili di diverse forme e dimensioni. Innanzitutto, progetta maschere per la rete bidimensionale che alla fine si autoassemblerà nelle particelle modellate desiderate. Quindi depositare gli strati sacrificali e conduttori su un substrato piano.

Fabbricare i precursori 2D modellando pannelli e cerniere utilizzando la fotolitografia, la deposizione di film sottile e l'incisione, quindi dissolvere lo strato sacrificale per rilasciare i precursori 2D dal substrato. In definitiva, i precursori 2D rilasciati sono esposti a stimoli specifici per innescare il ripiegamento delle particelle che vanno dal micrometro al centimetro. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla creazione di particelle intelligenti miniaturizzate, comprese quelle che possono eseguire biopsie in punti difficili da raggiungere nel corpo.

Inoltre, il metodo può essere utilizzato con metalli, semiconduttori e persino polimeri in modo da poter creare capsule che potrebbero essere importanti nella somministrazione di farmaci, soprattutto perché possiamo crearle in geometrie non sferiche, sferiche e multifunzionali. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come l'emozione, la polimerizzazione o lo stampaggio di particelle, è che questo metodo trasforma l'accuratezza e la precisione della litografia plenaria in un modello tridimensionale di particelle con forme e dimensioni diverse. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto le fasi di modellazione e ripiegamento automatico sono difficili da imparare perché richiedono sia abilità di litografia che di autoassemblaggio.

In questa dimostrazione, fabbricheremo Dora statici e sigillati in modo permanente da 300 micron, nonché micro pinze termosensibili riconfigurabili. Inizia con un programma software di grafica vettoriale bidimensionale. Innanzitutto, determina il numero di pannelli nei poliedri.

Procedi a capire la disposizione bidimensionale ad alto rendimento dei pannelli, chiamati anche reti. Le reti che hanno la sottogenerazione rossa più bassa e il maggior numero di connessioni di vertici secondarie si assemblano tipicamente con le code più alte Per la maschera del pannello, disegna i pannelli dei poliedri come spazio delle reti, i pannelli adiacenti di una larghezza di spazio. Quindi inserire il segno di registro per il successivo allineamento con la maschera della cerniera.

Ora per la maschera della cerniera, definisci le cerniere pieghevoli tra i pannelli. Definire anche i cardini del soffitto ai bordi dei pannelli. Verificare quindi che le maschere del pannello e della cerniera si sovrappongano al registro Le cerniere del soffitto forniscono una notevole tolleranza agli errori durante la piegatura delle celle.

Ora, stampa le maschere su pellicole trasparenti utilizzando una stampante ad alta risoluzione. Iniziare la preparazione del substrato con un substrato piatto. Pulisci i wafer di silicio con metanolo, acetone e alcol isopropilico.

Quindi asciugarli con azoto gassoso e scaldarli a 150 gradi Celsius per cinque-10 minuti. Sulla centrifuga dei wafer di silicio, uno strato di 5,5 micron di spessore di 950 P-M-M-A-A 11 a 1,100 RPM. Dopo tre minuti, cuocere il substrato a 180 gradi Celsius per 60 secondi.

Utilizzando un deposito di evaporatore termico, un promotore di adesione di 30 nanometri di cromo e lo strato conduttore di 150 nanometri di rame. Aggiungere quindi una centrifuga di circa 10 micron di spessore SPR 220 a 1.700 giri/min e lasciare da parte per tre minuti. Ora esponi i wafer alla maschera del pannello utilizzando circa 460 millijoule per centimetro quadrato di luce UV e un allineatore per maschera a base di mercurio.

Sviluppa nello sviluppatore MF 26 per due minuti, rifornisci la soluzione per sviluppatori e sviluppa per altri due minuti. Procedere con il calcolo dell'area totale del pannello e calcolare la corrente necessaria per il deposito dell'elettrodo del nichel da una soluzione commerciale di solfato di nichel. Quindi immergere il wafer nella soluzione galvanica di nichel.

Ripetere i passaggi di centrifuga e allineamento per la maschera della cerniera. Ora taglia a dadini l'ostia in piccoli pezzi che contengono da 50 a 60 reti. Rivestire i bordi dei pezzi con lo smalto.

Quindi, calcola l'area totale esposta della cerniera e usala per calcolare la corrente richiesta per depositare l'elettrodo per la saldatura allo stagno al piombo da una soluzione di placcatura di saldatura commerciale. Quindi immergere il wafer nella soluzione di placcatura di saldatura. Sciogliere il fotoresist in acetone.

Sciacquare i pezzi di wafer con alcool isolitico e asciugarli con azoto gassoso, immergere il pezzo di wafer nell'incisione a PS 100 per 25-40 secondi per sciogliere lo strato di rame circostante. Sciacquare con acqua distillata e asciugare con azoto gassoso. Immergere ora il pezzo di wafer nell'incisione CRE 473 per 30-50 secondi per sciogliere lo strato di cromo circostante.

Quindi risciacquare con acqua distillata e asciugare con azoto gassoso. Infine, immergere il pezzo di wafer in due o tre millilitri di NMP e riscaldare a 100 gradi Celsius per tre-cinque minuti fino a quando i modelli non vengono rilasciati dal substrato. Trasferire da 10 a 20 modelli in una piccola capsula di Petri e distribuirli uniformemente.

Quindi aggiungere da tre a cinque millilitri di NMP e da cinque a sette gocce di calore di flusso liquido Delo five RMA a 100 gradi Celsius per cinque minuti. Il disossidante pulisce e dissolve lo strato di ossido formatosi sul saer e quindi garantisce un buon riflusso della saldatura durante il riscaldamento. Aumentare la temperatura della piastra riscaldante a 150 gradi Celsius per cinque minuti.

Aumentare lentamente fino a 200 gradi Celsius fino a quando la piegatura avviene dopo che il piatto si è raffreddato, sciacquare il dodecaedrico due volte in acetone e una volta in etanolo, conservare le particelle dodecaedriche in etanolo per strutture riconfigurabili con strato sacrificale metallico, immergere il pezzo di wafer in un PS 100 per incidere lo strato sacrificale di rame sottostante. Attendere che le micro pinze siano completamente rilasciate dal substrato. Sciacquare le micro pinze rilasciate con acqua deionizzata e tenerle in acqua fredda.

Quindi innescare la piegatura posizionando le micro pinze in acqua a 37 gradi Celsius. Il protocollo generale descritto nel manoscritto può essere utilizzato per fabbricare particelle sigillate e dispositivi di presa riconfigurabili. Sono inclusi anche i nostri esempi specifici visualizzati sia per la fabbricazione di particelle torali sigillate che di micro morsetti riconfigurabili.

Come regola generale, sono necessari almeno due set di maschere, uno per i pannelli rigidi che non si piegano o si curvano e l'altro per le regioni delle cerniere che piegano la curva o sigillano. Questo modello utilizza le regole di progettazione della maschera per una micro pinza autopieghevole. Il programma AutoCAD viene utilizzato per progettare le maschere dei precursori 2D.

I precursori 2D vengono quindi fabbricati su un substrato di silicio, come si vede in queste immagini ottiche di dedra e micro pinze. Questa realizzazione mostra l'autoassemblaggio di una particella di Dedra come preparato nel protocollo dettagliato. In questo articolo qui, le micro pinze sono indotte dal calore ad autopiegarsi a 37 gradi Celsius.

Qui le immagini raffigurano l'assemblaggio di un film sottile, la piegatura guidata dallo stress di una micro pinza attorno a una perlina, le particelle poliedriche autoassemblate possono essere create in una varietà di forme, così come le micro pinze pieghevoli. Questa animazione concettuale di David Fallac mostra l'assemblaggio guidato dalla tensione superficiale di una particella cubica. Innanzitutto, il wafer di silicone e la maschera fotografica sono allineati con precisione.

Quindi i wafer vengono esposti alla maschera del pannello utilizzando circa 460 millijoule per centimetro quadrato di luce UV e un allineatore di maschera a base di mercurio per indurre il ripiegamento del cubo. La temperatura viene aumentata fino al punto di fusione del materiale della cerniera, provocando l'appallottolamento delle cerniere liquide per ridurre al minimo la superficie esposta. I bordi si fondono per ridurre al minimo la loro energia superficiale e sigillare le particelle, formando così una particella poliedrica completa.

Il processo di fabbricazione e attuazione è altamente parallelo e le strutture 3D possono essere fabbricate e attivate contemporaneamente. Inoltre, è possibile definire modelli precisi, come esemplificato da pori quadrati o triangolari, in tutte e tre le dimensioni e, se necessario, su facce selezionate. Le micro pinze autopieghevoli possono essere chiuse in condizioni biologicamente benigne in modo da poter essere utilizzate per asportare i tessuti o possono essere caricate con carico biologico.

Questo esempio mostra l'estrazione del tessuto vescicale utilizzando micro pinze termosensibili. Inoltre, poiché le micro pinze possono essere realizzate con nichel, un materiale ferromagnetico, possono essere spostate da lontano utilizzando campi magnetici. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come utilizzare gli approcci ispirati all'origami per sintetizzare particelle modellate e riconfigurabili con precisione in una varietà di dimensioni, forme, modelli di superficie e stimolare la riconfigurabilità reattiva.

Ricordarsi di seguire le regole di progettazione che regolano l'autoassemblaggio delle particelle e di comprendere il principio di funzionamento del processo. È molto importante scegliere i materiali giusti per i pannelli e le cerniere a strati sacrificali. Ad esempio, non si dovrebbe scegliere uno strato sacrificale che richiede un'elevata temperatura di dissoluzione se lo strato di innesco si dissolve a queste alte temperature dopo il suo sviluppo.

Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nei campi della micro e nanotecnologia per esplorare lo sviluppo e le applicazioni di poliedri modellati con precisione e particelle riconfigurabili in elettronica, ottica e medicina.