折り紙インスパイアパターン化され、再構成可能な粒子の自己組織化

このプロトコルは、さまざまな形状とサイズの正確にパターン化された静的および再構成可能な粒子を合成します。まず、最終的に目的のパターン化された粒子に自己組織化する 2 次元ネットのマスクを設計します。次に、犠牲層と導電層を平らな基板上に堆積させます。

フォトリソグラフィー薄膜蒸着を用いてパネルやヒンジをパターニングし、エッチングして犠牲層を溶解し、基板から2D前駆体を放出することにより、2D前駆体を作製します。最終的に、放出された2D前駆体は特定の刺激にさらされ、マイクロメートルからセンチメートルスケールまでの粒子の折り畳みを引き起こします。この技術の意味するところは、体内の手の届きにくい場所で生検を行うことができるものを含む、小型化されたスマート粒子の作成にまで及びます。

さらに、この方法は、金属、半導体、さらにはポリマーでも使用できるため、特に非、球形、および多機能形状で作成できるため、薬物送達に重要なカプセルを作成できます。この手法は、感情、重合、粒子の成形などの既存の方法よりも優れている点として、プレナリーリソグラフィーの精度と精度を、形状やサイズの異なる粒子の3次元パターニングに変換することができます。パターニングとセルフフォールディングのステップは、リソグラフィーと自己組織化の両方のスキルを必要とするため習得が難しいため、この方法を視覚的にデモンストレーションすることが重要です。

このデモンストレーションでは、静的で恒久的に密閉された300ミクロンサイズのDoraと、再構成可能な熱感知マイクログリッパーを製作します。2次元ベクターグラフィックソフトウェアプログラムから始めます。まず、多面体のパネルの数を決定します。

ネットとも呼ばれるパネルの高収率の2次元配置を理解します。赤のサブジェネレーションが最も低く、セカンダリ頂点接続の数が最も多いネットは、通常、最も高いテールで組み立てられます パネル マスクの場合、多面体のパネルをネット スペースとして描画し、隣接するパネルをギャップ幅で描画します。次に、ヒンジマスクとの後続の位置合わせのためにレジストリマークを挿入します。

次に、ヒンジマスクについて、パネル間の折り畳みヒンジを定義します。また、パネルの端にある天井ヒンジも定義します。次に、パネルとヒンジマスクがレジストリ天井ヒンジと重なっていることを確認し、セルの折り畳み中にかなりの誤差許容範囲を提供します。

次に、高解像度プリンターを使用して透明フィルムにマスクを印刷します。平らな基板で基板の準備を開始します。シリコンウェーハをメタノール、アセトン、イソプロピルアルコールで洗浄します。

その後、窒素ガスで乾燥させ、150°Cで5〜10分間加熱します。シリコンウェーハ上にスピンコート、1、100RPMで950 P-M-M-A-A 11の5.5ミクロンの厚さの層。3分後、基板を摂氏180度で60秒間焼きます。

熱蒸発器堆積物を使用して、30ナノメートルのクロムの接着促進剤と150ナノメートルの銅の導電層。次に、厚さ約10ミクロンのSPR 220を1, 700 RPMでスピンコートし、3分間置いておいていただきます。次に、UV光の平方センチメートルあたり約460ミリジュールと水銀ベースのマスクアライナーを使用して、ウェーハをパネルマスクに露光します。

MF 26 開発者で 2 分間開発し、開発者ソリューションを補充して、さらに 2 分間開発します。パネルの総面積の計算に進み、市販の硫酸ニッケル溶液からニッケルを電極堆積させるのに必要な電流を計算します。次に、ウェーハをニッケル電気めっき溶液に浸します。

ヒンジマスクのスピンコーティングと位置合わせの手順を繰り返します。次に、ウェーハを50〜60個のネットを含む小さなピースにさいの目に切ります。ピースの端をマニキュアでコーティングします。

次に、露出したヒンジの総面積を計算し、それを使用して、市販のはんだめっき溶液からリード錫はんだを電極堆積させるのに必要な電流を計算します。次に、ウェーハをはんだめっき液に浸します。フォトレジストをアセトンに溶解します。

ウェーハピースをIPAですすぎ、窒素ガスで乾燥させ、窒素ガスでウェーハピースをPS100をエッチングで25〜40秒間浸して、周囲の銅層を溶解します。蒸留水ですすぎ、窒素ガスで乾燥させます。次に、ウェーハピースをエッチングCRE 473に30〜50秒間浸して、周囲のクロム層を溶解します。

その後、蒸留水ですすぎ、窒素ガスで乾燥させます。最後に、ウェーハピースを2〜3ミリリットルのNMPに浸し、テンプレートが基板から放出されるまで摂氏100度で3〜5分間加熱します。10〜20個のテンプレートを小さなペトリ皿に移し、均一に配布します。

次に、約3〜5ミリリットルのNMPと5〜7滴のデロ5RMA液体フラックス熱を摂氏100度で5分間加えます。フラックスは、サー上に形成された酸化物層を洗浄して溶解し、加熱時の良好なはんだリフローを確保します。ホットプレートの温度を摂氏150度に5分間上げます。

皿が冷えた後に折り畳みが発生するまで摂氏200度までゆっくりと増加させ、アセトンで1回十二面体を2回すすぎ、エタノールで1回十二面体粒子をエタノールに貯蔵して金属犠牲層を備えた再構成可能な構造にし、ウェーハピースをPS100に浸して、下にある銅犠牲層をエッチングします。マイクログリッパーが基板から完全に解放されるまで待ちます。放出されたマイクログリッパーを脱イオン水ですすぎ、冷水に保管します。

次に、マイクログリッパーを摂氏37度の水に入れて折り畳みを開始します。原稿に記載されている一般的なプロトコルを使用して、パターンシール粒子と再構成可能な把持デバイスを作製できます。また、密閉されたトーラル粒子の製造とリコンフィギャラブルマイクログリップの両方に関する具体的な視覚化された例も含まれています。

原則として、少なくとも 2 つのマスク セットが必要であり、1 つは曲がったり曲がったりしない硬質パネル用、もう 1 つは曲がったりシールしたりするヒンジ領域用です。このパターンでは、自動折り畳み式マイクログリッパーのマスク設計ルールを使用します。AutoCAD プログラムは、2D 前駆体のマスクを設計するために使用されます。

次に、2D前駆体は、デドラグリッパーとマイクログリッパーのこれらの光学画像に見られるように、シリコン基板を作製します。この実現は、詳細なプロトコルで調製されたデドラ粒子の自己組織化を示しています。この記事では、マイクログリッパーが熱によって37°Cで自己折り畳みされます。

ここでは、薄膜の組み立て、ビーズの周りのマイクログリッパーの応力駆動折り畳み、自己組織化多面体粒子をさまざまな形状で作成できる、および折り畳みマイクログリッパーを示しています。David Fallac によるこの概念的なアニメーションは、表面張力による立方体粒子の組み立てを示しています。まず、シリコンウェーハとフォトマスクを精密に位置合わせします。

次に、ウェーハを、UV光の平方センチメートルあたり約460ミリジュールと水銀ベースのマスクアライナーを使用してパネルマスクに露光し、キューブの折り畳みを誘導します。温度はヒンジ材料の融点まで上昇し、液体ヒンジがボール状になり、露出表面積が最小限に抑えられます。エッジは融合して表面エネルギーを最小限に抑え、粒子をシールするため、完全な多面体粒子が形成されます。

製造と作動のプロセスは高度に並行しており、3D構造の製作とトリガーを同時に行うことができます。さらに、正方形または三角形の細孔に代表されるような正確なパターンは、必要に応じて選択した面で3次元すべてを定義できます。セルフフォールディングマイクログリッパーは、生物学的に良性の条件下で閉じることができるため、組織を切除するために使用したり、生物学的貨物をロードしたりできます。

この例では、熱感知性マイクログリッパーを使用した膀胱組織抽出を示しています。また、マイクログリッパーは強磁性体であるニッケルで作ることができるため、磁場を利用して遠くから移動させることができます。このビデオを見れば、折り紙にインスパイアされたアプローチを利用して、さまざまなサイズ、形状、表面パターンで正確にパターン化されたリコンフィギャラブルなパーティクルを合成し、応答性の高いリコンフィギャラビリティを刺激する方法を十分に理解できるはずです。

粒子の自己組織化に関する管理設計規則に従い、プロセスの動作原理を理解することを忘れないでください。犠牲層パネルとヒンジに適切な材料を選択することは非常に重要です。例えば、高い溶解温度を必要とする犠牲層は、トリガー層がこれらの高温で溶解する場合、その開発後に選択すべきではありません。

この技術は、マイクロおよびナノテクノロジーの分野の研究者が、エレクトロニクス、光学、および医学における精密パターン化された多面体およびリコンフィギャラブル粒子の開発と応用を探求する道を開きました。