자유 형식 등 엑츄에이터 - 현미경 규모의 제조 및 개폐 제어

이 2단계 레이저 쓰기 절차의 전반적인 목표는 엘라스토머 기반 마이크로미터 크기의 광 작동 구조를 얻는 것입니다. 이 방법은 미생물학 및 미세유체역학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어 복잡한 움직임을 가진 단일 미세 구조를 만드는 방법.

이 기술의 주요 장점은 분자 배향을 마이크로 스케일에서 수동으로 패턴화할 수 있다는 것입니다. 따라서, 작동의 특정 형태는 조리개 제어가 가능할 수 있습니다. 이러한 방법 중 일부는 내부에 미생물학을 제공할 수 있지만 광자 장치 또는 다양한 자극에 반응하는 물질의 조정과 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다.

절차의 일부를 시연할 사람은 제 연구실의 박사후 연구원인 Daniele Martella입니다. 시작하려면 아세톤과 렌즈 티슈로 3cm 직경의 유리 커버 슬라이드를 청소합니다. 그런 다음 집게나 핀셋을 사용하여 중심점에서 약 50cm 떨어진 슬라이드에 유리 마이크로 구를 놓습니다.

이들은 스페이서로 기능합니다. 직경 1cm의 현미경 슬라이드를 스페이서에 놓고 부드럽게 눌러 제자리에 끼웁니다. 다음으로 스페이서가 위치한 세 개의 다른 지점에서 슬라이드 사이의 틈새에 약 2마이크로리터의 UV 경화 접착제를 추가합니다.

접착제가 틈새까지 침투하기 전에 자외선을 사용하여 접착제를 경화시킵니다. 이것은 실험을 위한 세포를 형성합니다. 이제 세포의 가장자리를 따라 약 10 마이크로 리터의 IPL 수지를 떨어 뜨립니다.

액체가 세포의 전체 영역으로 침투할 때까지 몇 분 동안 기다립니다. 그런 다음 Fixo 껌 접착제를 사용하여 샘플을 홀더에 셀을 고정합니다. 어셈블리를 Direct Laser Writing 시스템에 놓고 100X 대물렌즈를 사용하여 내부 표면 상부에서 인터페이스를 찾습니다.

다음으로 슬라이드가 완벽하게 수평이 아니므로 기울기를 수정합니다. 이제 초당 60미크론에서 6밀리와트의 레이저 출력을 사용하여 설계된 IPL 등급 패턴의 구조를 작성합니다. 등급 패턴은 곡선 또는 직선으로 만들어집니다.

그런 다음 인터페이스를 찾아 아래쪽 내부 표면으로 올바르게 기울입니다. 거기에도 패턴을 쓰십시오. 이제 세포를 12-24시간 동안 이소프로판올 수조로 옮깁니다.

아직 셀을 열지 마세요. 다음날, 섭씨 50도의 핫플레이트에서 10-20분 동안 셀을 건조시킵니다. 약 300mg의 단량체 혼합물을 측정하여 이 절차를 시작하십시오.

혼합물을 유리병에 넣고 섭씨 70도에서 80도 사이로 설정된 핫플레이트에 올려 분말을 녹입니다. 녹으면 90에서 150 RPM 사이에서 한 시간 동안 저어줍니다. 혼합물이 균질해지면 준비된 세포를 섭씨 60도의 핫플레이트에 놓고 더 작은 유리 슬라이드의 가장자리를 따라 20마이크로리터의 혼합물을 떨어뜨립니다.

액체가 세포 안으로 이동하도록 합니다. 그런 다음 슬라이드를 빛으로부터 보호하고 교차 편광판과 온도 조절기를 사용하여 현미경으로 옮깁니다. 셀을 비추기 전에 램프에 주황색 필터를 부착하여 UV를 걸러냅니다. 그런 다음 가열 된 스테이지를 사용하여 셀을 섭씨 60도 이상으로 가열합니다.

이제 분당 섭씨 2도에서 10도의 비율로 온도를 낮추어 액정상의 온도 범위를 측정합니다. 이미지 대비 반전으로 샘플을 관찰하면서 편광판 축을 기준으로 45도 회전합니다. 결국, 양호한 균질한 네마틱 액정 상에 주목해야 합니다.

그런 다음 DLW 시스템용 샘플 홀더에 셀을 고정합니다. 샘플을 로드하고 액정 상태에 도달하도록 온도를 설정합니다. 그런 다음 아래쪽 내부 표면의 인터페이스를 찾고 100X 대물렌즈를 사용하여 기울기 보정을 수행합니다.

그런 다음 4밀리와트의 레이저 출력과 초당 60미크론으로 LCE 구조를 씁니다. 10X 대물렌즈를 사용 중인 경우 레이저를 14밀리와트로 조정하고 인터페이스를 찾는 것에 대해 걱정하지 마십시오. 이 경우, 구조는 샘플의 전체 두께로 제작됩니다.

그런 다음 셀을 언로드하고 블레이드를 사용하여 상단 유리 슬라이드를 제거합니다. 상부 슬라이드를 제거한 상태에서 구조물을 톨루엔 수조에 5분 동안 담근 다음 10분 동안 자연 건조합니다. LCE 미세구조를 특성화하기 위해 시료를 수제 현미경에 넣고 10X 대물렌즈를 사용하여 구조에 레이저를 집중시킵니다.

이제 CMOS 카메라를 사용하여 빛에 의한 변형을 관찰합니다. 마이크로 조작 시스템의 수동 제어를 사용하여 매니퓰레이터 암에 있는 유리 마이크로 팁을 LCE 미세 구조 가까이에 놓습니다. 이제 레이저를 약 20밀리와트의 저전력으로 전환하여 LCE의 온도를 높이고 구조를 부드럽게 합니다.

그런 다음 유리 팁을 사용하여 하나의 LCE 미세 구조를 집어 공기 중에 고정합니다. 이 과정은 유리 표면의 접착을 방지하기 위해 필요합니다. 다음으로 레이저 출력을 100밀리와트 이상으로 높입니다.

그런 다음 분석을 위해 LCE 구조의 광 유도 변형을 기록합니다. 직경 60미크론, 높이 20미크론의 4개의 LCE 원통형 구조를 1미크론 주기의 서로 다른 방향의 IPL 등급 영역에 제작했습니다. 광 여기(light excitation) 하에서, LCE의 염료는 에너지를 흡수하여 네트워크로 전달했습니다.

구조는 네마틱 단계에서 등방성 단계로 전환되어 원래 LC 정렬 디렉터를 따라 수축하고 수직 방향으로 확장되었습니다. 이 기술을 사용하면 하나의 단일 구조에 두 가지 이상의 정렬 유형을 포함하는 복합 액추에이터를 만들 수 있습니다. 예를 들어, 400 x 40 x 20 미크론 LCE 스트라이프는 90도 비틀림을 포함하는 두 섹션의 정렬 패턴으로 제작되었습니다.

가벼운 조명 아래에서 평행 정렬된 표면은 수축하고 수직 정렬이 있는 표면은 확장되었습니다. 따라서 구조는 두 가지 다른 방향으로 구부러집니다. 이 비디오를 시청한 후에는 Direct Laser Writing 설정을 사용하여 액정 엘라스토머를 정렬하는 방법과 빛을 사용하여 마이크로 액추에이터를 움직이게 하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.