Origami Inspired Zelf-assemblage van Patterned en Herconfigureerbare Deeltjes

Dit protocol synthetiseert precies gepatroneerde statische en herconfigureerbare deeltjes van verschillende vormen en groottes. Eerst ontwerpen we maskers voor het tweedimensionale netwerk dat uiteindelijk zal zelfassembleren tot de gewenste gepatroneerde deeltjes. Vervolgens deponeren we de offerlaag en de geleidende lagen op een platte substraat.

Fabriceer de 2D-precursors door panelen en scharnieren te patternen met behulp van fotolithografie, dunne film depositie en etsen. Vervolgens lossen we de offerlaag op om de 2D-precursors van het substraat te ontgrendelen. Uiteindelijk worden de vrijgekomen 2D-precursors blootgesteld aan specifieke stimuli om het vouwen van de deeltjes te activeren, variërend van de micrometer tot de centimeter schaal. De implicaties van deze techniek reiken tot de creatie van geminiaturiseerde slimme deeltjes, inclusief die welke biopsieën kunnen uitvoeren op moeilijk bereikbare plaatsen in het lichaam.

Bovendien kan de methode worden gebruikt met metalen, halfgeleiders en zelfs polymeren, zodat we capsules kunnen creëren die belangrijk kunnen zijn voor medicijnafgifte, vooral omdat we ze kunnen creëren in niet-sferische en multifunctionele geometrieën. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden zoals emulsie, polymerisatie of het vormen van deeltjes, is dat deze methode de nauwkeurigheid en precisie van plenaire litografie omzet in driedimensionale patterning van deeltjes met verschillende vormen en groottes. Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal omdat de patterning- en zelfvouwende stappen moeilijk te leren zijn omdat ze zowel litografie- als zelfassemblagevaardigheden vereisen.

In deze demonstratie zullen we statische, permanent verzegeldde 300 micron grote Dora fabriceren, evenals herconfigureerbare thermogevoelige micro grijpers. Begin met een tweedimensionaal vectorgrafisch softwareprogramma. Bepaal eerst het aantal panelen in de polyhedron.

Ga verder om de hoogproductieve tweedimensionale rangschikking van panelen te bepalen, ook wel netten genoemd. Netten met de laagste rode subgeneratie en het grootste aantal secundaire vertexverbindingen zullen typisch met de hoogste kansen assembleren. Voor het paneelmasker, teken de panelen van de polyhedron als netten, met de aangrenzende panelen door een opening. Plaats vervolgens een registratiemerkteken voor latere uitlijning met het scharniermasker.

Nu voor het scharniermasker, definieer de vouwscharnieren tussen de panelen. Definieer ook de plafond scharnieren aan de randen van de panelen. Verifieer vervolgens dat het paneel- en scharniermasker overlappen met de registratie. Plafond scharnieren bieden aanzienlijke fouttolerantie tijdens het vouwen van de cel.

Druk nu de maskers af op transparante films met behulp van een hoge resolutie printer. Begin de substraatvoorbereiding met een vlak substraat. Reinig de siliciumwafels met methanol, aceton en isopropylalcohol.

Droog ze vervolgens met stikstofgas en verwarm ze gedurende vijf tot 10 minuten op 150 graden Celsius. Spuit op de siliciumwafels een 5,5 micron dikke laag van 950 P-M-M-A-A 11 aan met 1.100 RPM. Bak de substraat vervolgens drie minuten op 180 graden Celsius gedurende 60 seconden.

Gebruik een thermische verdamper om een hechtingspromotor van 30 nanometer chroom en de geleidende laag van 150 nanometer koper te deponeren. Voeg vervolgens een spincoat toe van ongeveer 10 micron dikke SPR 220 bij 1.700 RPM, en laat drie minuten staan. Stel de wafels nu bloot aan het paneelmasker met ongeveer 460 millijoule per vierkante centimeter UV-licht en een kwikgebaseerde maskeraligner.

Ontwikkel in MF 26 ontwikkelaar gedurende twee minuten, vul de ontwikkelaaroplossing aan en ontwikkel nogmaals gedurende twee minuten. Ga verder met het berekenen van de totale paneeloppervlakte en bereken de stroom die nodig is om nikkel uit een commerciële nikkelsulfaatoplossing op te leggen. Dompel vervolgens de wafel in de nikkelelektroplatingoplossing.

Herhaal de spincoat- en uitlijningsstappen voor het scharniermasker. Snijd nu de wafel in kleine stukken die 50 tot 60 netten bevatten. Bekleed de randen van de stukken met nagellak.

Bereken vervolgens het totale blootgestelde scharnieroppervlak en gebruik dit om de stroom te berekenen die nodig is om lood-tin soldeer op te leggen uit een commerciële soldeerplateringsoplossing. Dompel vervolgens de wafel in de soldeerplateringsoplossing. Los de fotoweerstand op in aceton.

Spoel de wafelstukken met IPA en droog met stikstofgas. Dompel het wafelstuk in ets PS 100 gedurende 25 tot 40 seconden om de omringende koperlaag op te lossen. Spoel af met gedistilleerd water en droog met stikstofgas. Dompel het wafelstuk nu in ets CRE 473 gedurende 30 tot 50 seconden om de omringende chroomlaag op te lossen.

Spoel af met gedistilleerd water en droog met stikstofgas. Dompel ten slotte het wafelstuk in twee tot drie milliliter NMP en verwarm gedurende drie tot vijf minuten op 100 graden Celsius tot de templates zijn vrijgemaakt van het substraat. Breng 10 tot 20 templates over in een kleine petrischaal en verdeel ze gelijkmatig.

Voeg vervolgens ongeveer drie tot vijf milliliter NMP en vijf tot zeven druppels in Delo vijf RMA vloeibare flux toe, verwarm gedurende vijf minuten op 100 graden Celsius. De flux reinigt en lost elke oxidelaag op die zich op het saer heeft gevormd en zorgt zo voor een goede soldeerbewerking bij verhitting. Verhoog de temperatuur van de hotplate tot 150 graden Celsius gedurende vijf minuten.

Verhoog langzaam tot 200 graden Celsius tot het vouwen plaatsvindt nadat de schaal is afgekoeld, spoel de dodecahedralen twee keer in aceton en eenmaal in ethanol en bewaar de dodecahedrale deeltjes in ethanol voor herconfigureerbare structuren met een metaal slachtofferlaag. Dompel het wafelstuk in een PS 100 om de onderliggende koperofferlaag te etsen. Wacht tot de micro grijpers volledig vrijgema