Name: 자유 형식 등 엑츄에이터 - 현미경 규모의 제조 및 개폐 제어 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-25T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 17 s
Description: 배우세요 액체결정엘라스토머 기반 미세광구동 구조물의 레이저 직접가공 제조법을. 이 방법은 미세로봇 및 마이크로플루이딕스 분야에서 복잡한 운동을 가진 단일 미세구조를 제작하는 데 활용됩니다.

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이러한 결과로 이어지는 연구는 유럽 연합 (EU)의 일곱 번째 프레임 워크 프로그램 (/ 2007-2013 FP7)에서 유럽 연구위원회에서 자금을받은 / 광자 마이크로 로봇에와 IIT의 SEED 프로젝트 Microswim에서 ERC 보조금 협정 N 오 [291349]. 우리는 또한 엔테 카사 디 Risparmio 디 피렌체에 의해 지원을 인정합니다. 우리는 피드백과 토론 렌즈에 복잡한 시스템 그룹의 전체 광학 감사합니다.

참고 :이 프로토콜은 세 단계를 포함 : LC 분자 배향을위한 준비를 격자 IP-L을의 LCE 빛의 작동 특성에 DLW. 미세 조작 시스템은도 5에 도시 된 상태에서 직접 레이저 기록 장치의 개략도는도 1에 도시되어있다. 1. IP-L 격자 패턴 준비 <ol><li> 하나의 현미경 커버 슬라이드 (지름 3cm)을 꺼내, 아세톤 사용하여 렌즈 티슈로 닦아주세요. </li><li> 약 0.5 cm 떨어진 중심에서 유리 슬라이드의 3 개의 다른 지점에서, 금속 팁의 도움으로 일부 스페이서 (유리 미소 구)를 놓는다. </li><li> 스페이서의 상단에 다른 현미경 슬라이드 (지름 1cm)을 놓습니다. 상단 유리 슬라이드의 상단에 가볍게 눌러 팁을 사용합니다. </li><li> 각각 상부 유리의 경계에 세 가지 다른 점에 UV 경화 접착제 한 방울 (약 2 μl를) 놓습니다. </li><li> 접착제는 너무 INT 침투 전갭 O를, 접착제를 공고히하기 위해 자외선을 사용합니다. 셀이 현재 형성되어있다. </li><li> 피펫을 사용하여 셀의 경계에 IP-L 수지 한 방울 (약 10 μl를) 놓습니다. 액체가 셀의 전체 영역에 침투 될 때까지 몇 분 동안 기다린다. </li><li> 샘플 홀더에 셀을 수정하고 직접 레이저 쓰기 시스템에 배치하기 위해 접착제를 사용합니다. </li><li> 100X 목표를 선택하고,이 표면에 기울기 보정 한 다음 상부 내면의 인터페이스를 찾을 수 있습니다. </li><li> 각각 레이저 파워 6 mW의의 스캔 속도와 60 μm의 / 초 설계 IP-L 격자 패턴의 구조를 작성합니다. 격자 패턴은 IP-L 곡선 또는 직선에 의해 만들어집니다. </li><li> 반복 1.8 및 하부 내면에 1.9 단계를 반복합니다. </li><li> 세포를 꺼낸 12 셀을 개방하지 않고도 2- 프로판올 조에서 샘플 젖어 - 24 시간. </li><li> 용매에서 셀을 꺼내, 10의 핫 플레이트 (50 ° C)에 건조 - 20 분. </li></ol> 2. LCE의 미세 제작 <ol><li> 저울에 측정 ~ 300 mg의 단량체 혼합물. 표 1의 분자 구성을 참조하십시오. </li><li> 유리 병 안에 준비된 혼합물을 넣고, 70에서 핫 플레이트 세트에 넣어 - 80 ° C. </li><li> 모든 분체가 용융 될 때까지 기다리 마그네틱 스터 러를 추가로 1 시간 동안 상기 혼합물을 혼합 (90-150 RPM). </li><li> 60 ° C에서 뜨거운 접시에 세포를 놓습니다. </li><li> 작은 유리 슬라이드의 에지에 혼합물을 한 방울 (약 20 μL)을 배치하고, 액체가 세포 내로 침투 할 때까지 기다린다. </li><li> 교차 된 편광자 및 온도 제어기와 광학 현미경으로 세포를 옮긴다. 전송하는 동안 어둠 속에서 모든 것을 유지하고 자외선을 걸러 조명 램프 전에 오렌지 필터를 넣어. </li><li> 그 다음 온도를 감소 현미경에 온도 조절기를 이용하여 60 ° C 상기 전지의 온도를 증가 (2 - 분당 10 ° C) LC 단계의 온도 범위에서 측정 하였다. 상이한 분자량 성분과의 혼합물은 다른 LC 상 온도를 갖는다. 좋은 균일 한 네마 틱 액정상은 편광 축에 대하여 각 45 ° 샘플을 회전시키면서 상기 화상 명암 반전을 관찰함으로써 인식 할 수있다. </li><li> 샘플 홀더 셀 픽스 DLW 시스템에 배치하고, LC 상에 도달하는 온도를 설정한다 (단계 270에서 측정). </li><li> 하부 내면의 인터페이스를 검색하고 인터페이스를 찾는 않고 100X 목적 또는 10X 대물 렌즈를 이용하여 틸트 보정을 수행한다. </li><li> 100X 대물 렌즈를 이용하여 상기 하부 유리 슬라이드에 레이저 파워의 4 mW의 주사 속도가 60㎛ / 초와 DLW의 사용에 의해 LCE 구조를 작성한다. 그렇지 않으면 (LCE 구조 전체 샘플 두께에 걸쳐 제작) 10X 대물 렌즈를 이용하여 레이저 출력 14 mW의의 스캔 속도가 60㎛ / 초와 함께 사용한다. </li><li> 셀을 꺼내, 그리고에 블레이드를 사용상단 유리 슬라이드를 제거하는 세포를 엽니 다. </li><li> 5 분 동안 톨루엔 욕의 구조를 담가. </li><li> 10 분 동안 공기에 시료 건조 꺼내. </li></ol> LCE 미세의 빛 발동 3. 특성 <ol><li> 광학 현미경 (20X)에서 샘플을 배치하고, 레이저 광의 초점 - 구조에 의해 10X 대물 (CW, 532 내지 50 500 Mw)이. </li><li> 광학 현미경 CMOS 카메라 (프레임 레이트 25.8 FPS)에 의해 빛에 의한 변형을 관찰한다. </li><li> LCE 미세에 가까운 위치에있는 유리 팁을 넣어 마이크로 조작 시스템 (그림 5)의 수동 제어를 사용합니다. </li><li> 구조 (광 흡수로 인한)가 LCE의 온도를 증가시키고, 따라서 완화하기 위해, 저전력 (~ 20 MW)에 레이저를 전환. </li><li> 하나 LCE 미세 구조를 데리러 유리 팁을 사용하여 공기에 고정. 이 프로세스는 유리 표면에서의 접착을 방지하기 위해 필요하다. </li><li> 큰 술통고출력 (&gt; 100 MW)에 레이저 즉, 상기 LCE 구조가 변형을 관찰한다. </li><li> 현미경 카메라와 함께 빛에 의한 변형을 기록한다. </li></ol>

<ol><li>Tanaka, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+cells+on+microchips%3A+New+technologies+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens.+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Biological cells on microchips: New technologies and applications.</a> Biosens. Bioelectron. 23, 449-458 (2007).</li>
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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>

저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.

IP-L 마이크로 격자 배향 기술은 액정 성 모노머를 배향 할 DLW 통합되었다. 후속 레이저 기록 LCE 마이크로 구조는 마이크로 스케일에서의 배향 설계로 패턴 화 될 수있다. 이 기술은 우리가 여러 기능을 지원할 수있는 복합 LCE 요소를 만들 수 있습니다. 정확한 3 차원 미세 구조 및 작동 제어를 만드는 뛰어난 능력으로, 우리는이 기술은 탄성 중합체 기반 마이크로 로봇 (14)를 만드는 데 사용되는, 광 가변 장치 (15)의 획득을위한 새로운 전략의 과다를 열 것으로 예상된다. 준비에 두 가지 중요한 단계가 있습니다. 첫 번째는 셀의 두 안경 단단히 (단계 1.4, 1.5) 접착되어야한다는 것이다. UV 경화 접착제는 개발 중에 셀 형상의 안정성을 유지 : 서로에 관하여 셀의 유리의 움직임의 최악 정렬 될 것이다LCE. 둘째, LCE 구조 기록시 레이저 쓰기 속도 100X 대물 선택한 상태에서 가능한 한 높아야한다. 인해 레이저 기록 프로세스 동안 LCE의 강한 팽윤, 팽창 된 구조는 이렇게 제작 된 작동기의 품질에 영향을 미치는 설계상의 위치를​​ 이동한다. 어떤 경우에는, 광 유도 변형성이 열화 구조 관찰된다. 이것은 높은 조도에서 염색 표백에 의한 수 있습니다. 염료 분자가 꺼진 후에 상기 LCE 구조는 투명 매질로 동작하고, 광 흡수 / 라이트 의한 변형이 억제된다. 낮은 레이저 파워는 LCE의 미세 구조의 작동에 대한 안전 할 것입니다. 이 방법의 단점도 있습니다. 우선, 전체 프로세스는 상대적으로 긴 시간이 걸린다. SAMP의 침지에 의해, 셀 구성, 제 IP-L 개발 과정 (유지하기 위해서용매 욕에서 제작)이 셀을 개방하지 않고도 2 proponal 수행된다. 현상 시간은, 따라서, 셀 크기와 간격의 두께에 의존하고, 통상 12 소요 - 24 시간. 레이저 유도 절제 패턴과 레이저 유도 화학적으로 변형 된 표면과 같은 다른 레이저 쓰기 패턴과 격자 IP-L 교체, LC 정렬 및 제조 시간의 큰 감소 될 수 있습니다. 둘째, LCE는 항상 유리 기판 상에 접착 성을 앓고 부드러운 물질이다. 마이크로 구조체의 표면에 부착 될 때 빛 의한 변형을 억제하고있다. 셋째, 구조물의 높이가 셀 두께와 대물 렌즈의 작동 거리에 의해 제한된다. 레이저 기록 시스템에서, 최대 높이가 약 100 ㎛의 것이다. 최근에 개발 된 3D 프린팅 기술은 거시적 규모 중시 적 빛 작동 LCE 구조를 만들기위한 좋은 후보가 될 수 있습니다. 그러나, 중합시 분자 배향을 유지는 할 수우려의 주요 문제가 될. 하나는 기존의 기술로 가능하지 않다 진정한 마이크로에서 3D 자유형 액츄에이터를 얻을 수 있기 때문에이 방법은 독특하다. LCE 미세 서로 다른 분자 방향과 기능으로 패턴 화 될 수있다. 또한 화학 공학에 의한 이러한 기술의 구현은, 다른 자극 소스에 액추에이터 민감한 할 수있게하고 효율적인 마이크로 로봇과 소프트 광 소자를 개발하기 위해 열립니다.

다른 마이크로 액츄에이터기구 또는 시스템의 동작을 위해 외부 에너지를 전달할 수있는 미세 구조. 인해 소형 원격 제어 기능으로, 이들은 널리 랩 - 온 - 칩 시스템 (1, 2)을 마이크로 감지하는 마이크로 로봇 (3)에 사용되어왔다. 날짜에 사용할 수있는 액츄에이터는 외부 필드 한 방향으로 5 벤딩 하이드로 겔 매트릭스 4 붓기 / 축소, 수축 / 같은 단순한 작업을 수행 할 수 있습니다. 최근에 개발 된 기술은 마이크로 스케일 구동 구조 (6)를 제조하기 위해 사용할 수 있지만, 동일한 길이 규모에서 이러한 회의 작동을 제어하기위한 큰 도전은 여전히있다. 본 논문은 3 차원 빛이 제어 작동 특성과 미세 구조를 활성화 준비하는 방법을보고합니다. 이 기술은 레이저 직접 기록 (DLW)에 기초하고,이 액정 성 엘라스토머 (LCEs)에서 설명된다. LCEs는 강도입니다엘라스토머와 액정 배향의 속성을 빗질 t 중합체. 외부 자극 (7)의 다양한 형식에서 - (400 % 20)이 물질은 많은 변형이 가능하다. 마이크로 액츄에이터에 대한 LCEs를 사용하는 이점은 마이크로 규모 8의 작동을 제어 가능 구조 공학 분자 순서 편리하다. LC 단량체는 단일 단계 광중합있게 아크릴 레이트 잔기로 합성된다. 이 속성은 3 차원 미세 구조의 제작을위한 리소그래피 기술의 다른 유형에 액세스 할 수 있습니다. 사진 분자 응답 성 아조 염료 공중합 방법에 의해 중합체 네트워크에 연결된다. 이러한 분자는 빛을 제어 변형을 수득 시스템의 빛 유도 가열 (시스 이성질체에 트랜스) 자신의 강한 빛 응답 능력을 결합한다. DLW 감광성 materi 중합체 구조를 얻을 수있는 기술이다초점 레이저 빔 (9)의 공간 제어에 의해 알. DLW는 분자 배열 6을 잃지 않고 LCE에서 3D 자유 형식 구조의 생성을 가능하게한다. LCE의 마이크로 액츄에이터의 제작에 DLW의 몇 가지 장점이 있습니다. 첫째, 해상도는 서브 마이크론 크기에 도달 할 수 있고, 구조 6 진정한 3D이다. 이전에보고 된 LCE 마이크로 제조 방법, 예를 들면., 약 10 μm의 만까지 해상도를 제공 마스크 노출 (10, 11)를 성형 복제는, 2D 형상을 가지고있다. 둘째, DLW가 비접촉 제조 공정이다. 적합한 용매는 설계 구성을 유지 고품질 구조를 개발할 수있다. 복제 성형 기술은 거의 서브 마이크론 해상도 (12)를 제공하지 않고 구조적 품질을 제어하는 것이 어렵다. 셋째, 레이저 쓰기는 미세한 규모 8, 13에서 로컬 LC 방향에 대한 다양한 옵션을 제공합니다. LC 방위 기술의 다양한 유형 중 러빙가 MOS 인LC 분자 배향하는 효율적인 방법을 널리 LCE T 및 박막의 제조에 사용되어왔다. 이것은 일반적으로 LC 단량체 잠입 셀의 내면에 마이크로 그루브를 생성하는 중합체 층을 러빙함으로써 달성되었다. 때문에, 표면 앵커링 효과에 의해, 이러한 마이크로 그루브의 그루브 방향을 따라 액정 분자를 배향 할 수있다. DLW가 훨씬 더 높은 정밀도로 미리 디자인 방향의 선택된 영역에 그 미세의 직접적인 제조를 가능하게한다. 이러한 모든 기능은 DLW 제조 및 미세 규모의 작동 제어를위한 완벽한 고유 기술합니다. DLW 바탕 LCE 미세 분자는 다른 방향으로 패턴 화 될 수있다. 하나의 LCE 구조 내에서 화합물 정렬로, 다기능 액츄 에이션이 가능하게된다. 이 방법은 LC 단량체 혼합물 어떤 종류 LCE의 마이크로 액츄에이터의 제조에 이용 될 수있다. 상기 화공함으로써, 할 수있다다른 자극 소스에 민감한 액추에이터, 예., 습기 또는 다른 파장에서 조명.

<table><tbody><tr><td>분자 : LC 단량체</td><td>SYNTHON Chemicals GmbH & Co. KG</td><td>ST03866</td> <td>~ 78 mol% 혼합물 중</td></tr><tr><td>분자 : LC crosslinker</td><td>SYNTHON Chemicals GmbH & Co. KG</td><td>ST03021</td><td>20 mol% 혼합물 중 20 mol%</td></tr><tr><td>분자 : Azo 염료</td><td>합성 Ref. 6</td><td></td><td>혼합물 중 1 mol%. 빛에 민감한 구성 요소는 열 구동 액추에이터 제작에서 제외 될 수 있습니다.</td></tr><tr><td>분자 : 개시</td>제 <td>Sigma</td><td>Irgacure 369</td><td>혼합물에서 1-2 mol %</td></tr><tr><td>스페이서</td><td>직경이 10에서 100 μm</td> 인 <td>Thermo scientific</td><td></td> Microsphere.</tr><tr><td>IP-L</td><td>Nanoscribe GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>UV 경화 접착제</td><td></td><td>1 wt% 개시제를 사용한 수제 IP-L(Irgacure 369)</td>현미경 커버 슬라이드 MENZEL-GL&Auml;<td></td></tr><tr><td></td><td> SER</td><td></td><td>직경 : 1 또는 3 mm, 두께 : 0.16 - 0.19 mm</td></tr><tr><td>UV LED 램프</td><td>Thorlabs</td><td>M385L2-C4</td><td>파장 : 385 &# 177; 10 nm</td></tr><tr><td>532 nm 레이저</td><td>상하이 드림 레이저</td><td>SDL-532-500T</td><td>500 mW 레이저</td></tr><tr><td>직접 레이저 쓰기 시스템</td><td>Nanoscribe GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>핫 플레이트</td><td>Linkam Scientific Instruments Ltd.</td><td>PE120</td><td>온도 범위: -20 to 120 > C</td></tr><tr><td>현미경</td><td>Zeiss</td><td>Axio Observer A1</td><td>교차 편광판 포함</td></tr><tr><td>마이크로 매니퓰레이터</td><td>Narishige</td><td>MHW-3</td><td></td></tr></tbody></table>

자유 형식 등 엑츄에이터 - 현미경 규모의 제조 및 개폐 제어

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

액정 엘라스토머 (LCEs)은 외부 자극에 응답 가역 형상 변화 할 수있는 스마트 재료이며, 많은 분야에서 연구자들의 주목을 받고있다. 대부분의 연구는 거시적 LCE 구조에 (필름, 섬유) 초점을 맞추고 자신의 소형화는 아직 초기 단계이다. 최근, 리소그래피 기술을 개발 등., 마스크 노광 및 복제 성형 만 LCE 박막에 2 차원 구조물을 생성 할 수 있습니다. 직접 레이저 쓰기 (DLW)은 미세한 규모에서 진정한 3D 제작에 대한 액세스를 엽니 다. 그러나 동일한 길이 규모 작동 토폴로지 및 동역학을 제어하는​​ 것이 과제로 남아. 본 연구에서 우리는 임의의 입체 형상의 미세 LCE의 액정 (LC) 분자 배향을 제어하기위한 방법을보고한다. 이것은 LCE 구조 모두에 대해 직접 레이저 기록의 조합뿐만 아니라 유도 micrograting 패턴 가능 하였다지역 LC 정렬. 격자 패턴의 여러 종류이어서 LCE 구조로 패터닝 될 수있는 다른 LC 정렬을 도입하는 데 사용 하였다. 이 프로토콜은 따라서 여러 기능 할 수있는, 하나는 여러 개의 광 기계적 작동을 수행 할 수있는 공학적으로 정렬 LCE 미세 구조를 얻을 수있다. 응용 프로그램은 조정할 수 포토닉스, 마이크로 로봇, 랩 - 온 - 칩 기술 등의 분야에서 예상 할 수있다.

그림 1은 레이저 쓰기 광 설정을 보여줍니다. 시스템은 100 메가 헤르츠의 반복률 130 FSEC 펄스를 생성하는 780 나노 파이버 레이저로 구성된다. 레이저 빔이 시료에 집중 광학 현미경 대물 조리개 빔 프로파일을 조정 망원경으로 반사된다. 현미경에서 3 차원 압전 단계는 2 나노 미터 해상도에서 100 μm의 / sec의 최대 속도 샘플 번역 300 × 300 × 300 μm의 3 주행 범위와 함께 설치됩니다. 이미지가 동일한 목적으로 저부에 수집하고, CCD 카메라에 빔 스플리터에 의해 반사되는 동안 적색 램프의 직선 편광 광은 위에서 시료를 조명한다. 카메라 앞에, 다른 편광판은 향상된 콘트라스트 교차 편광 조명을 얻기 위해 사용된다. 그림 2는 스캔 ELEC를 보여줍니다레이저 트론 현미경 (SEM) 이미지는 IP-L의 micrograting 패턴 (단계 1) 기록. 홈 (상위 - 투 - 밸리)의 높이가 약 700 nm 인 반면, 1200 나노 - 홈 간격은 400의 범위이다. 다른 방향으로의 격자 패턴이 LCE 소자의 원하는 액츄 에이션에 따라 서로 다른 LC 정렬을 유도 할 수있다. 도 3은 IP-L 격자 패턴 (270 단계)에 의해 유도 된 LC 단량체 방향을 나타낸다. 먼저, 100 × 100 ㎛의 2 크기의 미세 격자 무늬 네 가지 종류 각각은 유리 셀 (도 3a에 개략적으로 도시 됨)의 대향 측면 상에 제조 하였다. 때문에 표면 정박에의 침투 LC 단량체 따라서 편광 광학 현미경 (POM) 이미지 (그림 3B)에서 45 ° 대비 반전을 전시, 격자 선 방향에 따라 지향하고있다. 그림 4는 다른 방향 (단계 2.10)와 IP-L 격자 네트워크에서 제조 된 LCE 나노 도트 / 라인의 SEM 이미지를 보여줍니다. 격자 네트워크 내에서 LCE 구조는 더 톨루엔 발전에 훨씬 더 높은 저항, 제한된다. 연결이 끊긴 LCE의 최소 폭은 격자 패턴없이 DLW의 해상도와 일치 ~ 300 nm의 것으로 측정되었습니다. 광 응용 프로그램에 대한 또 다른 흥미로운 접근 방식. 대규모주기 구조의 실현이 될 도표 4 수의 (c, d)에 2D LCE에게 마이크로 격자 네트워크 내에서주기적인 구조를 보여줍니다. 그림 4의 삽입 POM 이미지에서와 같이 정렬이 아니라, 이러한 나노 구조의 내부에 보존되어 (C, D). 그러나, 빛에 의한 변형이 나노 구조를 얻을 수 없습니다. 는 IP-L 격자 내에 나노 LCE 요소가 매우 한정 밀착성이 보이는 변형을 방지되고 있기 때문이다. </p&gt; 마이크로 조작 시스템이 집에서 만든 반사 현미경에 기반도에 개략적으로 도시되어 5. 10 배의 목적은 수직으로 서 광 회로판 상에 배치 된 렌즈 튜브에 고정되어있다. 730 nm의 IR LED를 광원 비 - 편광 빔 분할기를 통해 조명을 위해 사용된다. 반영 화상은 같은 목적에 의해 수집하고, 카메라에 투영된다. 연속적인 고체 상태로 532 nm의 레이저는 45 °의 입사각 긴 패스 다이크로 익 미러 (50 % 투과 및 567 nm에서 반사)에 의해 대물에 결합된다. 전력계는 레이저 출력의 실시간 검출 용 다이크로 익 미러 후의 송신 빔을 측정한다. 150 μm의 직경 ~의 느슨하게 초점을 맞춘 레이저 스폿 ~ 10 W / mm 2의 최대 조명 강도를 생성한다. 레이저 강도가 레이저의 앞에 배치 가변 감광 필터에 의해 제어된다. 목표 아래, 3 차원 수동 TRanslation 단계는 샘플 번역에 사용됩니다. 변환 스테이지에 설치된 가열 단계는 0.5 ° C 정확도로 120 ° C -20의 범위 내의 샘플 온도의 정확한 제어를 위해 사용된다. 두 수동 변환 스테이지에 장착 두 유리 팁 샘플 위치 근처의 좌우에 배치되어있다. 마이크로 구조 조작 신중 변환 스테이지들의 도움으로 팁을 이동시킴으로써 실현 될 수있다. 정렬 및 변형 상관 관계를 설명하기 위해, 우리는 60 μm의 직경 20 μm의 높이 사 LCE 원통형 구조를 제작. 이 실린더는 네 개의 다른 지향 IP-L 격자 영역 (1 μm의 기간)에 기록됩니다. 광 여기 하에서 내부 LCE 염료는 빛 에너지를 흡수하고 네트워크로 옮긴다. LCE 구조는 가열 후 (등방성 네마 틱), 위상 천이를 겪게된다. 이러한 상 변화는 도움되는같은 빛 자극에 따라 염료의 시스 이성질체에 대한 트랜스로. 따라서, 구조의 원래 LC 정렬 감독을 따라 계약 및 수직 방향 7 확장합니다. 도 6 (3.1 공정)에 도시 된 바와 같이, IP-L 격자에 의해 유도 된 다른 로컬 정렬에 따라 이러한 구조는 상이한 방향을 따라 변형. 이 기술은 단일 구조의 정렬 종류 이상의 화합물을 포함 액츄에이터의 생성을 가능하게한다. 개략적으로,도 7에 도시 된 바와 같이 얼라인먼트 패턴의 두 부분으로 400 × 40 × 20 ㎛의 크기의 3 LCE 줄무늬는 제조 하였다 (a). 이러한 정렬 섹션은 다른 방향으로 각각 90 ° 트위스트 방향을 포함하고있다. 병렬 정렬 계약을 체결 한 표면은 수직 정렬을 가진 하나의 빛 조명 아래에서 확장하는 동안. 구조는 PI왔다미세 조작 시스템에 의해 cked하고, 유리 팁에 의해 공기에서 개최. 이중 굽힘 빛 조명 (단계 3.3)으로 관찰 하였다. (광 초퍼를 사용하여) 변조 된 레이저 빔은 주기적 변형을 유도 할 수있다. LCE는 레이저 변조 주파수 (&gt; 1,000 Hz에서) 다음에 응답 할 수 있습니다. 그러나, 변형의 진폭은 14 주파수가 증가함에 따라 감소한다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig1.jpg" /> 그림 1 : 광학 직접 레이저 쓰기 용으로 설정된 780 nm의 레이저 빔 (130 FSEC 펄스, 100 MHz의 반복 속도) 현미경에 결합하고 샘플로 광학 현미경 목표로 집중된다.. 300 × 300 × 300 μm의 3 이동 범위와 3D 피에조 스테이지는 레이저 노광시 샘플 번역을 위해 사용된다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53744/53744fig1large.jpg" target="_blank">라를 보려면 여기를 클릭하십시오</a><html> 이 그림의 rger 버전입니다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig2.jpg" /> 그림 2 :. IP-L 마이크로 격자의 SEM 이미지가) 단방향 병렬 라인 구조. b)는 방사형 격자 패턴입니다. 스케일 바 :. 10 μm의 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53744/53744fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig3.jpg" /> 그림 3 :. 액정 배향을 위해 설계된 마이크로 격자 패턴의 IP-L LC 방향을 유도 마이크로 - 격자) 도식. micrograting 패턴에 의해 유도 된 액정 배향 b)는 POM 이미지입니다. 스케일 바는 50 μm의입니다. 적색 의한 광중합을 방지하는 필터이다.ge.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig4.jpg" /> 그림 4 :. LCE의 나노 도트가 격자 네트워크 내에서 제작하는 동안 IP-L 격자 네트워크 내부에 내장 LCE 나노 구조의 SEM 이미지 a)와 b)는 두 개의 마이크로 격자 패턴, 서로 다른 방향을 따라 DLW에 의해 제작되었다. c) 및 d)에 정기적 LCE 나노 구조는 IP-L 격자의 동일한 형태 내에 내장. 세트는 구조의 POM 이미지입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53744/53744fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig5.jpg" /> 그림 5 :. 미세 조작술 설정의 도식 CW 고체 532 nm의 레이저는에 연결된다<html> 집에서 만든 현미경 시스템. 10 배 목표는 이미징과 여기에 대한 532 nm의 레이저를 집중하는 데 사용됩니다. 유리 팁 조종 장치를 갖춘 두 수동 변환 단계는 샘플 마이크로 조작에 사용됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53744/53744fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig6.jpg" /> 그림 6 : 4 가지 IP-L Micrograting 지역에 LCE 마이크로 실린더의 빛 발동 다른 방향으로 네 개의 다른 지향 마이크로 격자 영역에 기록 된 60 μm의 직경이 20 μm의 높이로) 네 LCE 원통형 구조,.. 532 nm의 레이저 방사선 (-2 W 10 mm)에 노출 될 때 b) LCE 실린더) 격자 의한 정렬에 따라 서로 다른 축 (함께 변형. 스케일 바 : 100 μm의.레 / ftp_upload / 53744 / 53744fig6large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig7.jpg" /> 그림 7 : 여러 분자 선형과 LCE 미세의 빛 기반 변형 한 LCE 스트라이프 반대 90 ° 트위스트 정렬의 두 섹션의) 도식.. b) 및 c)에 532 nm의 레이저 조명 (3 승 mm에서 반대 방향으로 굴곡 400 μm의 긴 LCE 스트라이프의 광학 이미지 -2) 8. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53744/53744fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

여기에서는 직접 레이저 쓰기를 사용하여 모양과 분자 정렬을 나노미터 규모의 정확도로 엔지니어링할 수 있는 3D 고분자 마이크로/나노 구조를 제작합니다. 여러 유형의 액정 엘라스토머 미세 구조의 광 유도 변형은 미시적 규모로 제어 할 수 있습니다.

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

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.

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