Name: Free-forma Attuatori Light - Fabbricazione e Controllo di attuazione in scala microscopica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-25T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 17 s
Description: Impara a fabbricare micro-attuatori a luce con elastomeri a cristalli liquidi mediante scrittura laser diretta. Questo metodo consente il controllo preciso dell'orientamento molecolare per movimenti complessi in microbiotica e microfluidica.

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La ricerca che ha portato a questi risultati ha beneficiato di un finanziamento da parte del Consiglio europeo della ricerca nell&#39;ambito del Settimo programma quadro dell&#39;Unione europea (7 ° PQ / 2007-2013) / ERC convenzione di sovvenzione n o [291.349] sulla robotica micro fotonici e da IIT progetto SEED Microswim. Riconosciamo inoltre supporto dall&#39;Ente Cassa di Risparmio di Firenze. Ringraziamo l&#39;intero Ottica del gruppo Sistemi complessi a LENS per il feedback e le discussioni.

Nota: Questo protocollo contiene tre fasi: IP-L reticolo di preparazione per l&#39;orientamento molecolare LC, DLW nella caratterizzazione LCE e la luce di azionamento. Lo schema del sistema di scrittura laser diretta è mostrato in Figura 1, mentre il sistema micro-manipolazione è mostrato in Figura 5. 1. IP-L Grata Preparazione del modello <ol><li> Estrarre un vetrino da microscopio copertura (3 cm di diametro), e pulirlo con i tessuti lenti acetone usando. </li><li> Mettere alcuni distanziali (microsfere di vetro) con l&#39;aiuto di una punta metallica a 3 punti diversi del vetrino circa 0,5 cm di distanza dal suo centro. </li><li> Inserire un altro vetrino da microscopio (1 cm di diametro) sulla parte superiore dei distanziali. Utilizzare una punta per premere delicatamente sulla parte superiore del vetrino superiore. </li><li> Mettere una goccia (circa 2 ml) di colla UV-maturazione su tre punti differenti, rispettivamente, al confine del vetro superiore. </li><li> Prima che la colla penetra troppo into gap, utilizzare la luce UV per solidificare la colla. La cella è ora formata. </li><li> Mettere una goccia (circa 10 ml) di resina IP-L sul bordo della cella con una pipetta. Attendere alcuni minuti fino a quando il liquido viene filtrato nel intera area della cella. </li><li> Utilizzare colla per fissare il cellulare sul supporto del campione e collocarlo nel sistema di scrittura laser diretta. </li><li> Scegliere un obiettivo 100X, e trovare l&#39;interfaccia in corrispondenza della superficie superiore interna, seguita dalla correzione dell&#39;inclinazione su questa superficie. </li><li> Scrivere le strutture di creazione IP-L modelli reticolo con una potenza laser e una velocità di scansione di 6 mW e 60 um / sec, rispettivamente. I modelli di grattugiatura siano effettuate dalla curva IP-L o linee rette. </li><li> Ripetere i punti 1.8 e 1.9 sulla superficie interna inferiore. </li><li> Estrarre la cella, ed immergere il campione in un bagno 2-propanolo senza aprire la cella, per 12 - 24 ore. </li><li> Estrarre la cuvetta dal solvente e asciugare sulla piastra calda (50 ° C) per 10 - 20 min. </li></ol> 2. LCE microstruttura Fabrication <ol><li> miscela di monomeri misura ~ 300 mg sulla bilancia. Vedere la composizione molecolare in Tabella 1. </li><li> Mettere il composto preparato all&#39;interno di una bottiglia di vetro, e metterlo su un set piastra calda a 70 - 80 ° C. </li><li> Attendere tutti i fusi polvere, aggiungere un agitatore magnetico, e mescolare la miscela per 1 ora (90 - 150 rpm). </li><li> Posizionare la cella sulla piastra calda a 60 ° C. </li><li> Mettere una goccia (circa 20 mL) del composto sul bordo del vetrino più piccolo e attendere che il liquido infiltra nella cella. </li><li> Trasferire la cella al microscopio ottico con un polarizzatore incrociate e un regolatore di temperatura. Tenere tutto al buio durante il trasferimento, e mettere un filtro arancione davanti alla lampada di illuminazione per filtrare il UV. </li><li> Aumentare la temperatura della cella di 60 ° C utilizzando un regolatore di temperatura sul microscopio, quindi diminuire la temperatura (2 - 10 ° C per min), Per misurare l&#39;intervallo di temperatura per la fase LC. Una miscela con composizione molecolare differente ha una temperatura differente fase di LC. Un buon fase nematica LC omogenea può essere riconosciuto osservando l&#39;inversione contrasto dell&#39;immagine durante la rotazione del campione ogni 45 ° rispetto all&#39;asse polarizzatore. </li><li> Fissare il cellulare sul supporto del campione, posizionarlo nel sistema DLW, e impostare la temperatura per raggiungere la fase di LC (misurata al punto 2.7). </li><li> Trovare l&#39;interfaccia in corrispondenza della superficie inferiore interna ed eseguire la correzione dell&#39;inclinazione con obiettivo 100X, o un obiettivo 10X senza trovare l&#39;interfaccia. </li><li> Valuta le strutture LCE mediante l&#39;uso di DLW con una potenza laser e una velocità di scansione di 4 mW e 60 micron / sec su vetrino inferiore utilizzando obiettivo 100X. Altrimenti, utilizzare con una potenza laser e una velocità di scansione di 14 mW e 60 micron / sec utilizzando obiettivo 10X (struttura LCE è fabbricata in tutto lo spessore del campione). </li><li> Estrarre la cella, e utilizzare una lama peraprire la cella di rimuovere il vetrino superiore. </li><li> Immergere le strutture in un bagno di toluene per 5 min. </li><li> Estrarre il campione, e asciugare all&#39;aria per 10 min. </li></ol> 3. Caratterizzazione di accensione luce di microstrutture LCE <ol><li> Porre il campione nel microscopio ottico (20X) e focalizzare un fascio laser (CW, 532 nm, 50 - 500 mW) da 10X obiettivo sulle strutture. </li><li> Osservare luce deformazione indotta dalla fotocamera CMOS microscopio ottico (frame rate 25.8 fps). </li><li> Utilizzare il controllo manuale del sistema micro-manipolazione (Figura 5) per mettere la punta di vetro in una posizione vicino alle microstrutture LCE. </li><li> Accendere il laser a bassa potenza (~ 20 mW), al fine di aumentare la temperatura della LCE (a causa di assorbimento della luce), e quindi ammorbidire la struttura. </li><li> Utilizzare una punta di vetro per raccogliere una microstruttura LCE, e tenerlo in aria. Occorre Questo processo per evitare l&#39;adesione dalla superficie del vetro. </li><li> bottevia e il laser per l&#39;alta potenza (&gt; 100 mW), e osservare la deformazione struttura LCE. </li><li> Registrare la deformazione indotta luce con la fotocamera microscopio. </li></ol>

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<li>Zeng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-fueled+microscopic+walkers%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Light-fueled microscopic walkers.</a> Adv. Mater. 27, 3883-3887 (2015).</li>
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</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

IP-L tecnica orientamento micro-reticolo è stato integrato con DLW per orientare monomeri cristallini liquidi. I micro-strutture LCE successivamente laser scritto possono essere modellati con l&#39;allineamento progettato in micro scala. Questa tecnica ci permette di creare gli elementi composti LCE che possono supportare molteplici funzionalità. Con una straordinaria capacità di creare microstrutture 3D accurati e il controllo di attuazione, ci aspettiamo che questa tecnica da utilizzare per la creazione di robot microscopici elastomeri a base 14, e di aprire una pletora di nuove strategie per l&#39;ottenimento di dispositivi regolabili di luce 15. Ci sono due passaggi critici nella preparazione. Il primo è che i due vetri della cella devono essere accuratamente incollati (passo 1.4, 1.5). La colla polimerizzazione UV preserva la stabilità della geometria della cella durante lo sviluppo: il movimento di un vetro della cella rispetto all&#39;altro comporterà una peggiore allineamentoLCE. In secondo luogo, la velocità di scrittura laser durante la scrittura struttura LCE dovrebbe essere il più alto possibile, mentre viene scelto obiettivo 100X. A causa della forte rigonfiamento della LCE durante il processo di scrittura laser, la struttura rigonfiato si allontana dalle posizione prevista, compromettendo la qualità degli attuatori fabbricati. In alcuni casi, la luce indotta deformabilità si osserva a deteriorarsi nelle strutture. Questo potrebbe essere dovuto al candeggio tintura sotto alta intensità di illuminazione. Una volta che le molecole di colorante sono stati disattivati, la struttura LCE comporta come un mezzo trasparente, e l&#39;assorbimento / luce indotta deformazione luce viene soppressa. Un laser di potenza inferiore sarebbe più sicuro per l&#39;azionamento di microstrutture LCE. Ci sono anche alcuni svantaggi di questo metodo. In primo luogo, l&#39;intero processo richiede un tempo relativamente lungo. Per mantenere la configurazione della cella, il processo di sviluppo prima IP-L (fatta immergendo il SAMPle in un solvente) viene effettuata in 2-proponal senza aprire la cella. Il tempo di sviluppo dipende quindi dalla dimensione della cella e lo spessore del gap, e di solito richiede 12 - 24 ore. Sostituzione del IP-L reticolo con altri modelli scrivibili laser, come il laser indotta modello di ablazione laser indotta superficie chimicamente modificata, potrebbe comportare allineamento LC e in una riduzione dei tempi di fabbricazione. In secondo luogo, LCE è una materia soffice che soffre sempre adesione al substrato di vetro. Luce deformazione indotta è stata soppressa quando le microstrutture bastone sulla superficie. In terzo luogo, l&#39;altezza della struttura è limitata dallo spessore della cella e la distanza di lavoro obiettivo. Nel sistema di scrittura laser, l&#39;altezza massima è di circa 100 micron. tecniche di stampa 3D sviluppato di recente potrebbe essere un buon candidato per la creazione di luce azionato struttura LCE da mesoscopica a scala macroscopica. Tuttavia, mantenendo l&#39;orientazione molecolare durante la polimerizzazione potesseessere il problema principale di preoccupazione. Questa tecnica è unica perché permette di ottenere 3D attuatori a forma libera alla microscala veramente, che non è possibile con altre tecniche esistenti. microstrutture LCE possono essere modellati con diversi orientamenti molecolare e funzionalità. L&#39;attuazione di tale tecnica da ulteriori ingegneria chimica, permetterà di rendere gli attuatori sensibili ad altre fonti di stimolo e si aprirà a sviluppare microrobot efficienti e dispositivi fotonici morbide.

Microattuatori sono strutture microscopiche che possono trasmettere energia esterna per il funzionamento di un altro meccanismo o sistema. Grazie alle dimensioni compatte e capacità di controllo remoto, sono stati ampiamente utilizzati nei sistemi lab-on-chip 1, micro-sensing 2 e robotica micro 3. Gli attuatori ad oggi disponibili possono effettuare azioni solo semplici, come gonfiore / compressione in una matrice idrogel 4, contrazione / piegatura 5 in una direzione con il campo esterno. Sebbene le tecniche sviluppate recentemente hanno permesso di fabbricare strutture azionamento scala microscopica 6, è ancora una sfida per controllare queste attuazioni nella stessa scala di lunghezza. Questo articolo riporta un metodo per preparare 3D luce attivare microstrutture con proprietà di attuazione controllabili. La tecnica si basa sulla scrittura laser diretta (DLW), ed è dimostrato in elastomeri liquido cristallini (LCEs). LCEs sono soft polimeri pettinatura la proprietà di elastomero e di orientamento cristallino liquido. Questi materiali sono capaci di grandi deformazioni (20 - 400%) sotto vari tipi di stimoli esterni 7. Il vantaggio di utilizzare LCEs per microattuatori è la convenienza dell&#39;ingegneria ordine molecolare nelle strutture, che consente di controllo dell&#39;attuazione in scala microscopica 8. monomeri LC sono sintetizzati con porzione acrilato, consentendo un passo singolo foto-polimerizzazione. Questa struttura dà accesso a diversi tipi di tecniche litografiche per la fabbricazione di microstrutture 3D. Coloranti azoici come foto molecole reattive sono collegati alla rete di polimero processo di co-polimerizzazione. Tali molecole si combinano la loro capacità di risposta forte luce (trans di isomerizzazione cis) con la luce indotta riscaldamento del sistema offrendo deformazione luce controllata. DLW è una tecnica per ottenere strutture polimeriche in materi fotosensibileal mediante controllo spaziale di un fascio laser focalizzato 9. DLW consente la creazione di strutture a forma libera 3D in LCE senza perdere l&#39;allineamento molecolare 6. Ci sono diversi vantaggi di DLW nella fabbricazione di microattuatori LCE. In primo luogo, la risoluzione può raggiungere la scala inferiori al micron, e le strutture sono veramente 3D 6. In precedenza segnalati metodi di fabbricazione LCE micro, ad es., L&#39;esposizione in maschera 10 e replica stampaggio 11, a condizione che la risoluzione fino a circa 10 micron e solo hanno geometria 2D. In secondo luogo, DLW è un processo di fabbricazione senza contatto. Un solvente adatto può sviluppare strutture di alta qualità mantenendo la configurazione progettata. Tecnica di stampaggio replica raramente offre una risoluzione sub-micron 12 e la qualità strutturale è difficile da controllare. In terzo luogo, la scrittura laser fornisce opzioni versatili per l&#39;orientamento LC locale a scala microscopica 8,13. Tra i vari tipi di tecniche di orientamento LC, sfregamento è il MOSt modo efficiente per orientare le molecole LC ed è stato ampiamente utilizzato nella preparazione di LCE film sottile. Questo è stato generalmente raggiunto da sfregamento su strati di polimeri per generare microsolchi sulle superfici interne di una cella infiltrata da monomeri LC. A causa dell&#39;effetto di ancoraggio superficiale, tali microsolchi sono in grado di orientare la molecola LC lungo la direzione scanalatura. DLW consente la fabbricazione diretta di tali microscanalature sulla regione selezionata nella direzione pre-progettato con precisione molto maggiore. Tutte queste caratteristiche rendono DLW un perfetto, tecnica unica per la fabbricazione ed il controllo di azionamento in scala microscopica. Sulla base di DLW, microstrutture LCE possono essere modellati con diversi orientamenti molecolari. Con l&#39;allineamento composti all&#39;interno di un&#39;unica struttura LCE, attuazioni multifunzionali diventano possibili. Il metodo può essere utilizzato per la fabbricazione di microattuatori LCE con qualsiasi tipo di miscela di LC monomero. Per maggiori ingegneria chimica, è possibile effettuare laattuatori sensibili ad altre fonti di stimolo, per esempio., umidità o illuminazione a diverse lunghezze d&#39;onda.

<table><tbody><tr><td>Molecolare: monomero LC</td><td>SYNTHON Chemicals GmbH & Co. KG</td><td>ST03866</td><td>~78 mol% nella miscela</td></tr><tr><td>Molecolare: reticolante LC</td><td>SYNTHON Chemicals GmbH & Co. KG</td><td>ST03021</td><td>20 mol% nella miscela</td></tr><tr><td>Molecolare: Sintesi del colorante azoico</td><td>riferito a Ref. 6</td><td></td><td>1 mol% nella miscela. Componente sensibile alla luce, può essere escluso nella fabbricazione di attuatori ad azionamento termico.</td></tr><tr><td>Molecolare: Iniziatore</td><td>Sigma</td><td>Irgacure 369</td><td>1 - 2 mol% nella miscela</td></tr><tr><td>Distanziatore</td><td>Termo scientifico</td><td></td><td>Microsfera con diametro da 10 a 100 &micro;m.</td></tr><tr><td>IP-L</td><td>Nanoscribe GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Colla a polimerizzazione UV</td><td>IP-L fatta in casa</td><td></td><td>con iniziatore all'1% in peso (Irgacure 369)</td></tr><tr><td>Vetrino coprimicroscopio</td><td>MENZEL-GL&Auml; SER</td><td></td><td>Diametro: 1 o 3 mm, Spessore: 0,16 - 0,19 mm</td></tr><tr><td>Lampada LED UV</td><td>Thorlabs</td><td>M385L2-C4</td><td>Lunghezza d'onda: 385 &#177; 10 nm</td></tr><tr><td>Laser 532 nm</td><td>Shanghai Dream Lasers</td><td>SDL-532-500T</td><td>Laser da 500 mW</td></tr><tr><td>Laser diretto Sistema di scrittura</td><td>Nanoscribe GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Piastra riscaldante</td><td>Linkam Scientific Instruments Ltd.</td><td>PE120</td><td>Intervallo di temperatura: da -20 a 120 &deg; C</td></tr><tr><td>Microscopio</td><td>Zeiss</td><td>Axio Observer A1</td><td>Con polarizzatori incrociati</td></tr><tr><td>Micro-manipolatore</td><td>Narishige</td><td>MHW-3</td><td></td></tr></tbody></table>

free-forma attuatori light - fabbricazione e controllo di attuazione in scala microscopica

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

elastomeri liquido cristallini (LCEs) sono materiali intelligenti in grado di reversibili forma-cambiamento in risposta a stimoli esterni, e hanno attirato l&#39;attenzione dei ricercatori in molti campi. La maggior parte degli studi si sono concentrati sulle strutture LCE macroscopiche (film, fibre) e la loro miniaturizzazione è ancora nella sua infanzia. Recentemente messo a punto tecniche di litografia, ad es., L&#39;esposizione maschera e stampaggio replica, consentire solo per la creazione di strutture 2D su film sottili LCE. scrittura laser diretta (DLW) si apre l&#39;accesso alla fabbricazione veramente 3D in scala microscopica. Tuttavia, il controllo della topologia di azionamento e dinamiche nella stessa scala di lunghezza rimane una sfida. In questo lavoro riportiamo un metodo per controllare i cristalli liquidi (LC) allineamento molecolare nelle microstrutture LCE di arbitraria forma tridimensionale. Ciò è stato reso possibile da una combinazione di scrittura laser diretta per entrambe le strutture LCE nonché per motivi micrograting induconoallineamento LC locale. Diversi tipi di modelli grata stati usati per introdurre diversi allineamenti LC, che può essere successivamente modellati nelle strutture LCE. Questo protocollo permette di ottenere microstrutture LCE con allineamenti ingegnerizzati in grado di eseguire più di azionamento opto-meccanici, essendo così capace di molteplici funzionalità. Le applicazioni possono essere previsti nel campo della fotonica sintonizzabile, micro-robotica, tecnologia lab-on-chip e altri.

La Figura 1 mostra il set up ottico per la scrittura laser. Il sistema è costituito da un laser a fibra 780 nm genera 130 impulsi fsec al tasso di ripetizione di 100 MHz. Il raggio laser viene riflesso in un telescopio per regolare il profilo del fascio all&#39;apertura obiettivo microscopio ottico in cui è concentrata nel campione. Al microscopio, una fase piezo 3D è installato con una gamma di 300 × 300 × 300 micron 3 itinerante per la traduzione del campione con una velocità massima di 100 micron / sec con una risoluzione di 2 nm. luce polarizzata linearmente da una luce rossa illumina il campione dalla parte superiore, mentre l&#39;immagine viene raccolta sul fondo dello stesso obiettivo e riflessa da un divisore di fascio in una camera CCD. Prima della fotocamera, un&#39;altra polarizzatore è utilizzato per ottenere l&#39;illuminazione polarizzata croce per maggiore contrasto. La figura 2 mostra le elet scansionetron microscopio (SEM) immagini del laser scritti IP-L micrograting modelli (fase 1). La spaziatura scanalatura è nell&#39;intervallo di 400 - 1.200 nm, mentre l&#39;altezza delle scanalature (superiore a valle) è di circa 700 nm. modelli Grating con diversi orientamenti possono indurre diversi allineamenti LC, a seconda del comando desiderato dell&#39;elemento LCE. La Figura 3 mostra l&#39;orientamento LC monomero indotta dai IP-L modelli reticolo (punto 2.7). Innanzitutto, quattro tipi di micro-reticolo pattern con 100 × 100 micron 2 dimensioni ciascuno sono stati fabbricati su lati opposti di una cella di vetro (schematizzato in figura 3a). A causa della superficie di ancoraggio, i monomeri LC infiltrati sono state orientate lungo la direzione linee del reticolo, quindi espone 45 ° inversione contrasto nel microscopio ottico polarizzato (POM) immagine (Figura 3b). Figura 4 mostra le immagini SEM di un LCE nano punto / linea fabbricato su IP-L reti grigliato con orientamento diverso (fase 2.10). All&#39;interno della rete reticolo, le strutture LCE diventano più limitata, con molto maggiore resistenza allo sviluppo in toluene. Una larghezza minima della LCE scollegato è stato misurato essere ~ 300 nm, che è coerente con la risoluzione DLW senza il modello di reticolo. Un altro approccio interessante per applicazioni fotonica potrebbe essere la realizzazione della struttura periodica larga scala. Figura 4 (c, d) mostra 2D LCE strutture periodiche nell&#39;ambito di una rete di micro-reticolo. Gli allineamenti sono ben conservati all&#39;interno di queste nanostrutture, come mostrato nelle immagini POM inserite di figura 4 (c, d). Tuttavia, la luce indotta deformazione non poteva essere ottenuto in queste nanostrutture. Questo perché all&#39;interno del IP-L reticolo, gli elementi di nano-LCE sono stati molto limitati e l&#39;adesione impedisce qualsiasi deformazione visibile. </p&gt; Il sistema di manipolazione micro è basato su un microscopio fatto in casa riflessa ed è mostrato schematicamente in figura 5. Un obiettivo 10X è fissato su un tubo lente posta su una basetta ottico verticale piedi. Una fonte di luce 730 nm LED IR viene utilizzato per l&#39;illuminazione attraverso un divisore di fascio non polarizzato. L&#39;immagine riflessa viene raccolto per lo stesso obiettivo e proiettata sulla telecamera. A stato solido 532 nm laser continuo è accoppiata nell&#39;obiettivo da uno specchio dicroico passaggio lungo (trasmissione 50% e riflessione 567 nm) con un angolo di incidenza di 45 °. Un misuratore di potenza misura il fascio trasmesso dopo lo specchio dicroico per il rilevamento in tempo reale della potenza del laser. Un punto laser liberamente mirato di ~ 150 micron di diametro genera intensità massima illuminazione del ~ 10 W / mm 2. intensità laser è controllato da un filtro neutro variabile posta di fronte al laser. Sotto l&#39;obiettivo, un manuale di 3D TRfase anslation viene utilizzato per la traduzione del campione. Una fase di riscaldamento installato sulla fase di traduzione è utilizzato per un controllo preciso della temperatura del campione in un intervallo da -20 a 120 ° C con 0,5 ° C precisione. Due consigli di vetro montate su due fasi traduzione manuale sono stati collocati sui lati destro e sinistro, vicino alla posizione del campione. Struttura micro manipolazione può essere realizzato da spostare lentamente le punte con l&#39;aiuto delle fasi di traduzione. Per dimostrare l&#39;allineamento e la correlazione deformazione, noi fabbrichiamo quattro strutture cilindriche LCE con 60 micron di diametro e 20 micron di altezza. Questi cilindri sono scritti su quattro-L IP reticolo di regioni diverso Orientated (1 micron periodo). Sotto eccitazione luminosa, i coloranti all&#39;interno della LCE assorbono energia luminosa e le trasferisce in rete. Le strutture LCE sono riscaldati e poi sottoposti a transizione di fase (nematica a isotropa). Tale transizione di fase è anche aiutatodal trans per isomerizzazione cis del colorante nelle stesse stimoli luminosi. Così, il contratto di strutture lungo il regista originale allineamento LC ed espandere nella direzione perpendicolare 7. A seconda delle diverse allineamenti locali indotte dai IP-L grigliati, queste strutture si deformano in direzioni diverse, come mostrato nella Figura 6 (punto 3.1). Questa tecnica consente la creazione di attuatori composti, che contengono più di un tipo di allineamento in un&#39;unica struttura. Un LCE banda 400 × 40 × 20 micron 3 dimensioni con due sezioni di motivo di allineamento è stato fabbricato, come schematicamente illustrato in Figura 7 (a). Tali sezioni allineamento contengono ciascun orientamento ritorto a 90 ° in una direzione diversa. La superficie con contratti allineamento parallelo, mentre quella con allineamento perpendicolare espande sotto illuminazione luce. La struttura è stata picked dal sistema micromanipolazione, e tenuta in aria da una punta di vetro. Doppia flessione è stata osservata sotto illuminazione luce (passo 3,3). Un raggio laser modulato (utilizzando un chopper ottico) può indurre deformazioni cicliche. LCE può rispondere a seguito della frequenza di modulazione del laser (&gt; 1k Hz). Tuttavia, l&#39;ampiezza di deformazione diminuisce all&#39;aumentare della frequenza 14. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig1.jpg" /> Figura 1: ottico allestito per la scrittura del laser dirigere un fascio laser a 780 nm (130 impulsi FSEC, frequenza di ripetizione di 100 MHz) è accoppiato in un microscopio e focalizzata da un obiettivo microscopio ottico nel campione.. Una fase 3D piezo con la gamma di 300 × 300 × 300 micron 3 viaggio viene utilizzato per la traduzione del campione durante l&#39;esposizione al laser. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53744/53744fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare un la</a><html> Versione rger di questa figura. <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig2.jpg" /> Figura 2:. SEM Immagini di IP-L micro-griglie a) unidirezionale struttura di linea parallela. b) radiale modello grata. Barra di scala:. 10 micron <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53744/53744fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig3.jpg" /> Figura 3:. IP-L micro-reticolo Indurre LC Orientamento a) Schema dei modelli micro-reticolo progettati per l&#39;orientamento LC. b) l&#39;immagine POM dell&#39;orientamento LC indotta dai modelli micrograting. La barra della scala è di 50 micron. Il colore rosso è dovuto al filtro che impedisce la foto-polimerizzazione.ge.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig4.jpg" /> Figura 4:. SEM Immagini di Nanostrutture LCE incorporato all&#39;interno IP-L Inferriata Networks a) e b) Due modelli di micro-reticolo sono state realizzate da DLW lungo diverse direzioni, mentre nanodots LCE sono fabbricati all&#39;interno della rete grata. c) ed) nanostrutture periodica LCE incorporati all&#39;interno della stessa tipologia di IP-L grigliati. Inserti sono immagine POM delle strutture. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53744/53744fig4large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig5.jpg" /> Figura 5:. Schematica del Setup Micromanipolazione un Solid State 532 nm laser CW è accoppiato in un<html> home-made sistema di microscopio. Un obiettivo 10X viene utilizzato per l&#39;imaging e la messa a fuoco del laser a 532 nm per l&#39;eccitazione. Due fasi di traduzione manuali dotati di manipolatori punta di vetro vengono utilizzati per il campione di micro-manipolazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53744/53744fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig6.jpg" /> Figura 6: Luce di azionamento di LCE Micro-cilindri su quattro diversi IP-L Micrograting regioni con diversi orientamenti a) quattro LCE strutture cilindriche con 60 micron di diametro e 20 micron di altezza, scritti su quattro regioni micro-reticolo diversamente orientate.. b) cilindri LCE deformano più assi (a seconda reticolo indotta allineamenti), quando esposti ad una radiazione laser 532 nm (10 W -2 mm). barra della scala: 100 micron.les / ftp_upload / 53744 / 53744fig6large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig7.jpg" /> Figura 7: Deformazione luce-driven di microstrutture LCE con allineamenti multipli molecolari a) Schema di due sezioni di opposti schieramenti contorte 90 ° in una sola striscia di LCE.. b) ec), le immagini ottiche di una lunga striscia di 400 micron LCE flessione in direzioni opposte sotto 532 nm illuminazione laser (3 W mm -2) 8. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53744/53744fig7large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

Qui, fabbrichiamo micro/nano strutture polimeriche 3D in cui sia la forma che l'allineamento molecolare possono essere ingegnerizzati con precisione su scala nanometrica mediante l'uso della scrittura laser diretta. La deformazione indotta dalla luce di diversi tipi di microstrutture di elastomeri cristallini liquidi può essere controllata su scala microscopica.

Free-forma Attuatori Light - Fabbricazione e Controllo di attuazione in scala microscopica

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

L'obiettivo generale di questa procedura di scrittura laser in due fasi è quello di ottenere strutture di azionamento della luce di dimensioni micrometriche basate su elastomeri. Il metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della microbiotica e della microfluidica. Come ad esempio come creare un'unica microstruttura con un movimento complesso.Il vantaggio principale di questa tecnica è che l'orientamento molecolare può essere modellato manualmente su microscala. In questo modo, la forma specifica di azionamento può essere controllata in apertura. Alcuni di questi metodi possono fornire microbiotici interni, ma possono anche essere applicati a diversi sistemi come la sintonizzazione di dispositivi fotonici o materiali sensibili a diversi stimoli.A dimostrare parte della procedura sarà Daniele Martella, un post doc del mio laboratorio. Per iniziare, pulire un vetrino di 3 cm di diametro con acetone e panno per lenti. Quindi, utilizzando una pinza o una pinzetta, posizionare alcune microsfere di vetro sul vetrino a circa mezzo centimetro dal punto centrale.Questi funzionano come distanziatori. Posizionare un vetrino da microscopio di 1 cm di diametro sui distanziatori e premerlo delicatamente in posizione. Quindi aggiungere circa due microlitri di colla a polimerizzazione UV nello spazio tra i vetrini nei tre diversi punti in cui si trovano i distanziatori.Prima che la colla penetri troppo nella fessura, usa la luce UV per indurire la colla. Questo forma la cellula per l'esperimento. Ora lungo il bordo della cella, far cadere circa 10 microlitri di resina IPL.Attendere qualche minuto fino a quando il liquido non si è infiltrato in tutta l'area della cella. Quindi, utilizzando la colla per gomma Fixo, fissare la cella sul supporto del campione. Posiziona l'assemblaggio nel sistema di scrittura laser diretta e, utilizzando un obiettivo 100X, trova l'interfaccia sulla superficie interna superiore.Quindi effettuare una correzione dell'inclinazione, poiché la diapositiva non è perfettamente orizzontale. Ora scrivi le strutture dei modelli di classificazione IPL progettati utilizzando 6 milliwatt di potenza laser a 60 micron al secondo. I modelli di scarpata sono realizzati con curve o linee rette.Quindi trova l'interfaccia e inclina correttamente sulla superficie interna inferiore. Scrivi anche lì il modello. Ora trasferisci la cellula in un bagno di isopropanolo per 12-24 ore.Non aprire ancora la cella. Il giorno successivo, asciugare la cella su una piastra riscaldante a 50 gradi Celsius per 10-20 minuti. Inizia questa procedura misurando circa 300 mg di miscela di monomeri.Caricare il composto in una bottiglia di vetro e metterlo su una piastra riscaldante impostata tra i 70 e gli 80 gradi Celsius per sciogliere la polvere. Una volta sciolto mescolate per un'ora, tra i 90 e i 150 giri/min. Una volta che il composto è omogeneo, posizionare la cella preparata sulla piastra a 60 gradi Celsius e far cadere 20 microlitri di composto lungo il bordo del vetrino più piccolo.Lascia che il liquido si muova nella cella. Quindi schermare il vetrino dalla luce e trasferirlo al microscopio con un polarizzatore incrociato e un termoregolatore. Prima di illuminare la cella, applicare un filtro arancione alla lampada per filtrare i raggi UV. Quindi, utilizzando la fase riscaldata, riscaldare la cella a oltre 60 gradi Celsius.Ora diminuire la temperatura a una velocità compresa tra due e 10 gradi Celsius al minuto per misurare l'intervallo di temperatura per la fase a cristalli liquidi. Osservare il campione con l'inversione del contrasto dell'immagine, ruotandolo di 45 gradi rispetto all'asse del polarizzatore. Infine, si dovrebbe notare una buona fase omogenea dei cristalli liquidi nematici.Quindi fissare la cella su un portacampioni per il sistema DLW. Caricare il campione e impostare la temperatura per arrivare alla fase a cristalli liquidi. Quindi trova l'interfaccia della superficie interna inferiore ed esegui la correzione dell'inclinazione utilizzando un obiettivo 100X.Quindi scrivi le strutture LCE con la potenza laser di quattro milliwatt e a 60 micron al secondo. Se è in uso un obiettivo 10X, regolare il laser a 14 milliwatt e non preoccuparsi di trovare l'interfaccia. In questo caso, la struttura viene fabbricata per l'intero spessore del campione.Quindi scaricare la cella e utilizzare una lama per rimuovere la slitta di vetro superiore. Con il vetrino superiore rimosso, immergere le strutture in un bagno di toluene per cinque minuti e poi asciugarle all'aria per 10 minuti. Per caratterizzare le microstrutture LCE, posizionare il campione nel microscopio fatto in casa e focalizzare un laser sulle strutture utilizzando un obiettivo 10X.Ora, utilizzando una fotocamera CMOS, osservare la deformazione indotta dalla luce. Utilizzando il controllo manuale del sistema di micromanipolazione, posizionare le micropunte di vetro che si trovano sui bracci del manipolatore vicino alle microstrutture LCE. Ora accendi il laser a bassa potenza, circa 20 milliwatt per aumentare la temperatura dell'LCE e quindi ammorbidire la struttura.Quindi utilizzare le punte di vetro per raccogliere una microstruttura LCE e tenerla in aria. Questo processo è necessario per evitare l'adesione dalla superficie del vetro. Successivamente, aumentare la potenza del laser oltre i 100 milliwatt.Quindi registrare la deformazione indotta dalla luce della struttura LCE per l'analisi. Quattro strutture cilindriche LCE, di 60 micron di diametro e 20 micron di altezza, sono state fabbricate su quattro regioni di classificazione IPL diversamente orientate con un periodo di un micron. Sotto eccitazione leggera, i coloranti nell'LCE assorbivano energia e la trasferivano nella rete.Le strutture sono passate dalla fase nematica a quella isotropa, contraendosi lungo il direttore di allineamento LC originale ed espandendosi in direzione perpendicolare. Questa tecnica consente la creazione di attuatori composti che contengono più di un tipo di allineamento in un'unica struttura. Ad esempio, una striscia LCE di 400 x 40 x 20 micron è stata fabbricata con due sezioni di modelli di allineamento che contenevano una torsione di 90 gradi.Sotto l'illuminazione leggera, la superficie con allineamento parallelo si contraeva, mentre quella con allineamento perpendicolare si espandeva. In questo modo la struttura viene piegata in due direzioni diverse. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come allineare gli elastomeri a cristalli liquidi utilizzando una configurazione di scrittura laser diretta e di come far muovere i micro-attuatori usando la luce.

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