Name: Inspirowany origami samomontaż wzorzystych i rekonfigurowalnych cząstek (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-02-04T09:53:00.000+00:00
Duration: 12 min 33 s
Description: Poznaj metodę syntezy wzorzystych cząstek inspirowaną origami w skali mikro- i centymetrowej. Technika wykorzystuje fotolitografię i samomontaż do tworzenia rekonfigurowalnych struktur dla zastosowań biomedycznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Potwierdzamy finansowanie z NSF poprzez granty CMMI 0854881 i CBET 1066898. Autorzy dziękują Matthew Mullensowi za pomocne sugestie.

<ol><li>Syms, R. R. A., Yeatman, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembly+of+3-dimensional+microstructures+using+rotation+by+surface-tension+forces%5BTitle%5D)+AND+%22Electronics+Letters%22%5BJournal%5D)">Self-assembly of 3-dimensional microstructures using rotation by surface-tension forces.</a> Electronics Letters. 29 (8), 662-664 (1993).</li>
<li>Smela, E., Inganas, O., Lundstrom, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+folding+of+micrometer-size+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Controlled folding of micrometer-size structures.</a> Science. 268 (5218), 1735-1738 (1995).</li>
<li>Ebefors, T., Kalvesten, E., Stemme, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+small+radius+joints+based+on+thermal+shrinkage+of+polyimide+in+V-grooves+for+robust+self-assembly+3D+microstructures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">New small radius joints based on thermal shrinkage of polyimide in V-grooves for robust self-assembly 3D microstructures.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 8, 188-194 (1998).</li>
<li>Syms, R. R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotational+self-assembly+of+complex+microstructures+by+the+surface+tension+of+glass%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%22%5BJournal%5D)">Rotational self-assembly of complex microstructures by the surface tension of glass.</a> Sensors and Actuators A. 65, 238-243 (1998).</li>
<li>Prinz, V. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free-standing+and+overgrown+InGaAs%2FGaAs+nanotubes%2C+nanohelices+and+their+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+E%22%5BJournal%5D)">Free-standing and overgrown InGaAs/GaAs nanotubes, nanohelices and their arrays.</a> Physica E. 6, 828-831 (2000).</li>
<li>Vaccaro, P. O., Kubota, K., Aida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain-driven+self-positioning+of+micromachined+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Strain-driven self-positioning of micromachined structures.</a> Applied Physics Letters. 78 (19), 2852-2854 (2001).</li>
<li>Schmidt, O. G., Eberl, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanotechnology%3A+Thin+solid+films+roll+up+into+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Nanotechnology: Thin solid films roll up into nanotubes.</a> Nature. 410, 168(2001).</li>
<li>Solder self-assembled micro axial flow fan driven by a scratch drive actuator rotary motor. Kladitis, P. E., Linderman, R. J., Bright, V. M. Proceedings of the 14th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, 21-25 Jan, Interlaken, Switzerland, , 598-601 (2001).</li>
<li>Gracias, D. H., Kavthekar, V., Love, J. C., Paul, K. E., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+micrometer-scale%2C+patterned+polyhedra+by+self-assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of micrometer-scale, patterned polyhedra by self-assembly.</a> Advanced Materials. 14 (3), 235-238 (2002).</li>
<li>Dahlmann, G. W., Yeatman, E. M., Young, P., Robertson, I. D., Lucyszyn, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication%2C+RF+characteristics+and+mechanical+stability+of+self-assembled+3D+microwave+inductors%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%22%5BJournal%5D)">Fabrication, RF characteristics and mechanical stability of self-assembled 3D microwave inductors.</a> Sensors and Actuators A. 97-98, 215-220 (2002).</li>
<li>A scanning micromirror with angular comb drive actuation. Patterson, P. R., et al. Proceedings of the 15th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Jan 20-24, Las Vegas, Nevada, , 544-547 (2001).</li>
<li>Syms, R. R. A., Yeatman, E. M., Bright, V. M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Tension-Powered+Self-Assembly+of+Microstructures-The+State-of-the-Art%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Microelectromechanical+Systems%22%5BJournal%5D)">Surface Tension-Powered Self-Assembly of Microstructures-The State-of-the-Art.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 12 (4), 387-417 (2003).</li>
<li>Kubota, K., Fleischmann, T., Saravanan, S., Vaccaro, P. O., Aida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembly+of+microstage+using+micro-origami+technique+on+GaAs%5BTitle%5D)+AND+%22Japanese+Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Self-assembly of microstage using micro-origami technique on GaAs.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 42, 4079-4083 (2003).</li>
<li>Boncheva, M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Templated+self-assembly%3A+Formation+of+folded+structures+by+relaxation+of+pre-stressed%2C+planar+tapes%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Templated self-assembly: Formation of folded structures by relaxation of pre-stressed, planar tapes.</a> Advanced Materials. 17 (5), 553-557 (2005).</li>
<li>Hong, Y. K., Syms, R. R. A., Pister, K. S. J., Zhou, L. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+fabrication+and+test+of+self-assembled+optical+corner+cube+reflectors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengneering%22%5BJournal%5D)">Design, fabrication and test of self-assembled optical corner cube reflectors.</a> Journal of Micromechanics and Microengneering. 15, 663-672 (2005).</li>
<li>Arora, W. J., Nichol, A. J., Smith, H. I., Barbastathis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Membrane+folding+to+achieve+three-dimensional+nanostructures%3A+Nanopatterned+silicon+nitride+folded+with+stressed+chromium+hinges%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Membrane folding to achieve three-dimensional nanostructures: Nanopatterned silicon nitride folded with stressed chromium hinges.</a> Applied Physics Letters. 88, 053108(2006).</li>
<li>Leong, T. G., Zarafshar, A. M., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-Dimensional+Fabrication+at+Small+Size+Scales%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Three-Dimensional Fabrication at Small Size Scales.</a> Small. 6 (7), 792-806 (2010).</li>
<li>Wang, M. -F., Maleki, T., Ziaie, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+self-assembled+3D+microelectrode+array%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">A self-assembled 3D microelectrode array.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 20, 035013(2010).</li>
<li>Ionov, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+microorigami%3A+self-folding+polymer+films%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Soft microorigami: self-folding polymer films.</a> Soft Matter. 7, 6786-6791 (2011).</li>
<li>Randall, C. L., Gultepe, E., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-folding+devices+and+materials+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Self-folding devices and materials for biomedical applications.</a> Trends in Biotechnology. 30 (3), 138-146 (2012).</li>
<li>Gimi, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembled+three+dimensional+radio+frequency+%28RF%29+shielded+containers+for+cell+encapsulation%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Microdevices%22%5BJournal%5D)">Self-assembled three dimensional radio frequency (RF) shielded containers for cell encapsulation.</a> Biomedical Microdevices. 7 (4), 341-345 (2005).</li>
<li>Cho, J. H., Azam, A., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three+dimensional+nanofabrication+using+surface+forces%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Three dimensional nanofabrication using surface forces.</a> Langmuir. 26 (21), 16534-16539 (2010).</li>
<li>Pandey, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Algorithmic+design+of+self-folding+polyhedra%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Algorithmic design of self-folding polyhedra.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (50), 19885-19890 (2011).</li>
<li>Leong, T. G., Benson, B. R., Call, E. K., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thin+film+stress+driven+self-folding+of+microstructured+containers%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Thin film stress driven self-folding of microstructured containers.</a> Small. 4 (10), 1605-1609 (2008).</li>
<li>Leong, T. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tetherless+thermobiochemically+actuated+microgrippers%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Tetherless thermobiochemically actuated microgrippers.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (3), 703-708 (2009).</li>
<li>Cho, J. H., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembly+of+lithographically+patterned+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Self-assembly of lithographically patterned nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (12), 4049-4052 (2009).</li>
<li>Azam, A., Laflin, K., Jamal, M., Fernandes, R., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-folding+micropatterned+polymeric+containers%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Microdevices%22%5BJournal%5D)">Self-folding micropatterned polymeric containers.</a> Biomedical Microdevices. 13 (1), 51-58 (2011).</li>
<li>Azam, A., Leong, T. G., Zarafshar, A. M., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compactness+determines+the+success+of+cube+and+octahedron+self-assembly%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Compactness determines the success of cube and octahedron self-assembly.</a> PLoS One. 4 (2), e4451(2009).</li>
<li>Harsh, K., Lee, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+for+solder+self-assembled+MEMS%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE%22%5BJournal%5D)">Modeling for solder self-assembled MEMS.</a> Proceedings of SPIE. 3289, 177-184 (1998).</li>
<li>Syms, R. R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Equilibrium+of+hinged+and+hingeless+structures+rotated+using+surface+tension+forces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Microelectromechanical+Systems%22%5BJournal%5D)">Equilibrium of hinged and hingeless structures rotated using surface tension forces.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 4 (4), 177-184 (1995).</li>
<li>Leong, T. G., Lester, P. A., Koh, T. L., Call, E. K., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+tension-driven+self-folding+polyhedra%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Surface tension-driven self-folding polyhedra.</a> Langmuir. 23, 8747-8751 (2007).</li>
<li>Harsh, K. F., Bright, V. M., Lee, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solder+self-assembly+for+three-dimensional+microelectromechanical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%22%5BJournal%5D)">Solder self-assembly for three-dimensional microelectromechanical systems.</a> Sensors and Actuators A. 77, 237-244 (1999).</li>
<li>Nikishkov, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Curvature+estimation+for+multilayer+hinged+structures+with+initial+strains%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Curvature estimation for multilayer hinged structures with initial strains.</a> Journal of Applied Physics. 94 (8), 5333-5336 (2003).</li>
<li>He, H. Y., Guan, J. J., Lee, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+oral+delivery+device+based+on+self-folding+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">An oral delivery device based on self-folding hydrogels.</a> Journal of Controlled Release. 110 (2), 339-346 (2006).</li>
<li>Luchnikov, V., Sydorenko, O., Stamm, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-rolled+polymer+and+composite+polymer%2Fmetal+micro-+and+nanotubes+with+patterned+inner+walls%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Self-rolled polymer and composite polymer/metal micro- and nanotubes with patterned inner walls.</a> Advanced Materials. 17, 1177-1182 (2005).</li>
<li>Bassik, N., Abebe, B. T., Laflin, K. E., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photolithographically+patterned+smart+hydrogel+based+bilayer+actuators%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Photolithographically patterned smart hydrogel based bilayer actuators.</a> Polymer. 51 (26), 6093-6098 (2010).</li>
<li>Jamal, M., Zarafshar, A. M., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differentially+photo-crosslinked+polymers+enable+self-assembling+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Differentially photo-crosslinked polymers enable self-assembling microfluidics.</a> Nature Communications. 2 (527), 1-6 (2011).</li>
<li>Harazim, S. M., Xi, W., Schmidt, C. K., Sanchez, S., Schmidt, O. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+applications+of+large+arrays+of+multifunctional+rolled-up+SiO%2FSiO2+microtubes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Fabrication and applications of large arrays of multifunctional rolled-up SiO/SiO2 microtubes.</a> Journal of Materials Chemistry. 22, 2878-2884 (2012).</li>
<li>Randall, C. L., Kalinin, Y. V., Jamal, M., Shah, A., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-folding+immunoprotective+cell+encapsulation+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Self-folding immunoprotective cell encapsulation devices.</a> Nanomedicine. 7 (6), 686-689 (2011).</li>
<li>Kalinin, Y. V., Randhawa, J. S., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three+dimensional+chemical+patterns+for+cellular+self-organization%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%22%5BJournal%5D)">Three dimensional chemical patterns for cellular self-organization.</a> Angewandte Chemie. 50 (11), 2549-2553 (2011).</li>
<li>Randhawa, J. S., Keung, M. D., Tyagi, P., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversible+actuation+of+microstructures+by+surface+chemical+modification+of+thin+film+bilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Reversible actuation of microstructures by surface chemical modification of thin film bilayers.</a> Advanced Materials. 22 (3), 407-410 (2010).</li>
<li>Bassik, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enzymatically+triggered+actuation+of+miniaturized+tools%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Enzymatically triggered actuation of miniaturized tools.</a> Journal of the American Chemical Society. 132, 16314-16317 (2010).</li>
</ol>

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Nasz proces montażu inspirowany origami jest wszechstronny i może być używany do syntezy różnych statycznych i rekonfigurowalnych cząstek 3D z szeroką gamą materiałów, kształtów i rozmiarów. Co więcej, możliwość precyzyjnego modelowania czujników i modułów elektronicznych na tych cząstkach jest ważna dla optyki i elektroniki. W przeciwieństwie do niejednolitych cząstek utworzonych alternatywnymi metodami, gdzie wzory są stosunkowo nieprecyzyjne, ta metodologia zapewnia środki do syntezy precyzyjnie wzorzystych cząstek. W montażu opartym na napięciu powierzchniowym zastosowanie upłynniających zawiasów uszczelniających zapewnia, że cząstki są dobrze uszczelnione i sztywne mechanicznie po montażu (po schłodzeniu). Wcześniej zaobserwowaliśmy, że szwy są szczelne nawet dla małych cząsteczek39,40. Elektroosadzanie cienkiej warstwy Au po montażu może zapewnić dodatkową wytrzymałość i zwiększyć szczelność szwów. Składanie cienkowarstwowe oparte na naprężeniach jest przydatne w zastosowaniach, w których wymagane jest składanie reagujące na bodźce, takie jak mikrochwytaki, które były używane do pobierania próbek biologicznych in vitro i in vivo oraz w operacjach podnoszenia i umieszczania w robotyce. Podczas gdy opisana tutaj konkretna metodologia może być wykorzystana do tworzenia rekonfigurowalnych mikrochwytaków, które zamykają się tylko raz, odpowiedni wybór materiałów i metod do manipulowania naprężeniami w dwuwarstwach może być również wykorzystany do stworzenia urządzeń chwytających, które można rekonfigurować w wielu cyklach37, 41. Zaletą wykorzystania naprężeń szczątkowych do zasilania tych urządzeń jest to, że nie wymagają one żadnych uwięzi ani przewodów, a więc mają doskonałą zwrotność, aby umożliwić uruchamianie w trudno dostępnych miejscach. Ponadto, dzięki odpowiedniemu doborowi polimerowych wyzwalaczy, zachowanie reagujące na bodźce może być możliwe za pomocą szeregu bodźców, w tym enzymów42 , aby umożliwić autonomiczne działanie mające znaczenie dla robotyki i chirurgii.

<table><tbody><tr><td>950 Polimetakrylan metylu A11 </td><td>Micro Chem</td><td>M230011</td><td>Warstwa protektorowa</td></tr><tr><td>Chromowane pręty wolframowe</td><td>R. D. Mathis Company</td><td>CRW-2</td><td>Źródło parowania dla</td></tr><tr><td>ślimaka miedzianego</td> Cr <td>Alfa Aesar</td><td>7440-50-8</td><td>Źródło parowania dla ślimaka Cu</td></tr><tr><td>Gold</td><td>Alfa Aesar</td><td>7440-57-5</td><td>Źródło parowania dla Au</td></tr><tr><td>SPR 220 7.0</td><td>Rohm i Haas</td><td>10016640</td><td>Fotorezystu dodatni </td></tr><tr><td>seria S 1800 Fotorezystu</td><td>Rohm i Hass</td><td></td><td>Fotorezystu dodatni </td></tr><tr><td>Megaposit MF-26 A Programista </td><td>Rohm i Haas</td><td>10016574</td><td>Twórca fotorezystu SPR 220 7.0</td></tr><tr><td>Programista Microposit 351</td><td>Rohm i Hass</td><td>10016653</td><td>Twórca fotorezystorów serii S 1800</td></tr><tr><td>Nickel Sulfamate</td><td>Technic Inc. </td><td>030175</td><td>Rozwiązanie galwaniczne dla</td></tr><tr><td>Ni Techni Solder Mate NF 820 60/40 RTU</td><td>Technic Inc.</td><td>330681</td><td>Rozwiązanie do powlekania zawiasów Pb-Sn</td></tr><tr><td>APS 100 Wytrawiacz miedzi </td><td>Transene Company Inc.</td><td>021221</td><td>Wytrawiacz miedzi </td></tr><tr><td>CRE 473 Wytrawiacz chromowy </td><td>Transene Company Inc.</td><td>040901</td><td>Wytrawiacz chromowy</td></tr><tr><td>1-metylo-2-pyrollidynon (NMP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M79603</td><td>Rozpuszczalnik organiczny o wysokiej temperaturze wrzenia do samoskładającego </td></tr><tr><td>się topnika Indalloy 5RMA</td> na bazie zawiasów Pb-Sn <td>Indium Corporation of America</td><td>FL28372</td><td>Substancja chemiczna, która czyści powierzchnię lutu i hamuje utlenianie, zapewniając dobry rozpływ Pb-Sn</td></tr></tbody></table>

inspirowany origami samomontaż wzorzystych i rekonfigurowalnych cząstek

Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

Istnieje wiele technik, takich jak fotolitografia, litografia wiązką elektronów i miękka litografia, które mogą być użyte do precyzyjnego modelowania dwuwymiarowych (2D) struktur. Technologie te są dojrzałe, oferują wysoką precyzję, a wiele z nich można wdrożyć w sposób wysokoprzepustowy. Wykorzystujemy zalety litografii planarnej i łączymy je z metodami samofałdowania1-20, w których siły fizyczne pochodzące z napięcia powierzchniowego lub naprężeń szczątkowych są wykorzystywane do zakrzywiania lub fałdowania struktur płaskich w struktury trójwymiarowe (3D). W ten sposób umożliwiamy masową produkcję precyzyjnie wzorzystych, statycznych i rekonfigurowalnych cząstek, które są trudne do zsyntetyzowania.
W tym artykule szczegółowo opisujemy eksperymentalne protokoły tworzenia wzorzystych cząstek, w szczególności (a) trwale związanych, pustych, wielościanów, które same się organizują i uszczelniają dzięki minimalizacji energii powierzchniowej upłynnionych zawiasów21-23 oraz (b) chwytaków, które składają się samoczynnie z powodu zawiasów napędzanych naprężeniami szczątkowymi24,25. Opisany konkretny protokół może być wykorzystany do tworzenia cząstek o ogólnych rozmiarach od mikrometrów do centymetrów długości. Ponadto na powierzchniach cząstek mających znaczenie w naukach koloidalnych, elektronice, optyce i medycynie można zdefiniować dowolne wzory. Mówiąc bardziej ogólnie, koncepcja samoorganizujących się sztywnych mechanicznie cząstek z samouszczelniającymi się zawiasami ma zastosowanie, z pewnymi modyfikacjami procesu, do tworzenia cząstek w jeszcze mniejszych, 100 nm długościach22, 26 i przy użyciu szeregu materiałów, w tym metali21, półprzewodników9 i polimerów27. Jeśli chodzi o uruchamianie rekonfigurowalnych urządzeń chwytających za pomocą naprężeń szczątkowych, nasz specjalny protokół wykorzystuje zawiasy chromowe, które mają znaczenie dla urządzeń o rozmiarach od 100 μm do 2,5 mm. Jednak, bardziej ogólnie, koncepcja takiego wolnego od uwięzi uruchamiania napędzanego naprężeniami szczątkowymi może być stosowana w przypadku alternatywnych materiałów o wysokim naprężeniu, takich jak heteroepitaksjalnie osadzone warstwy półprzewodnikowe5,7, w celu stworzenia jeszcze mniejszych urządzeń chwytających w nanoskali.

Opisujemy eksperymentalne szczegóły syntezy wzorcowych i rekonfigurowalnych cząstek z dwuwymiarowych (2D) prekursorów. Metodologia ta może być stosowana do tworzenia cząstek o różnych kształtach, w tym wielościanów i urządzeń chwytających, w skalach długości od mikro do centymetrów.

Inspirowany origami samomontaż wzorzystych i rekonfigurowalnych cząstek

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

Protokół ten syntetyzuje precyzyjnie wzorzyste, statyczne i rekonfigurowalne cząstki o różnych kształtach i rozmiarach. Po pierwsze, zaprojektuj maski dla dwuwymiarowej sieci, która ostatecznie sama się zorganizuje do pożądanych wzorzystych cząstek. Następnie warstwy protektorowe i przewodzące należy umieścić na płaskim podłożu.Wytwarzaj prekursory 2D, tworząc wzory paneli i zawiasów za pomocą fotolitografii, osadzania cienkich warstw i wytrawiania, a następnie rozpuść warstwę protektorową, aby uwolnić prekursory 2D z podłoża. Ostatecznie uwolnione prekursory 2D są wystawione na działanie określonych bodźców, które powodują fałdowanie cząstek w skali od mikrometra do centymetra. Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku tworzenia zminiaturyzowanych inteligentnych cząstek, w tym tych, które mogą wykonywać biopsje w trudno dostępnych miejscach w ciele.Co więcej, metoda ta może być stosowana w przypadku metali, półprzewodników, a nawet polimerów, dzięki czemu możemy tworzyć kapsułki, które mogą być ważne w dostarczaniu leków, zwłaszcza, że możemy tworzyć je w geometriach nie-, sferycznych i wielofunkcyjnych. Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak emocje, polimeryzacja czy formowanie cząstek, jest to, że metoda ta przekształca dokładność i precyzję litografii plenarnej w trójwymiarowe wzory cząstek o różnych kształtach i rozmiarach. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ etapy tworzenia wzorów i samodzielnego składania są trudne do nauczenia, ponieważ wymagają zarówno umiejętności litografii, jak i samodzielnego montażu.W tej demonstracji wyprodukujemy statyczne, trwale uszczelnione Dora o rozmiarze 300 mikronów, a także rekonfigurowalne mikrochwytaki termoczułe. Zacznij od dwuwymiarowego programu do grafiki wektorowej. Najpierw określ liczbę paneli w wielościanach.Kontynuuj, aby dowiedzieć się, jaki jest dwuwymiarowy układ paneli o wysokiej wydajności, zwany również siatkami. Sieci, które mają najniższą czerwoną generację podrzędną i największą liczbę drugorzędnych połączeń wierzchołkowych, zazwyczaj łączą się z najwyższymi ogonami W przypadku maski panelu narysuj panele wielościanów jako przestrzeń sieci, sąsiednie panele o szerokość szczeliny. Następnie wstaw znacznik rejestru w celu późniejszego wyrównania z maską zawiasu.Teraz dla maski zawiasów zdefiniuj zawiasy składane między panelami. Zdefiniuj również zawiasy sufitowe na krawędziach paneli. Następnie sprawdź, czy maski panelu i zawiasów nakładają się na zawiasy sufitowe rejestru zapewniają znaczną tolerancję błędów podczas składania komórek.Teraz wydrukuj maski na przezroczystych foliach za pomocą drukarki o wysokiej rozdzielczości. Przygotowanie podłoża należy rozpocząć od płaskiego podłoża. Oczyść płytki krzemowe metanolem, acetonem i alkoholem izopropylowym.Następnie wysusz je gazowym azotem i podgrzewaj w temperaturze 150 stopni Celsjusza przez pięć do 10 minut. Na płytkach krzemowych przędzona powłoka o grubości 5,5 mikrona 950 P-M-M-A-A 11 przy 1,100 obr./min. Po trzech minutach piecz podłoże w temperaturze 180 stopni Celsjusza przez 60 sekund.Za pomocą osadu termicznego wyparki, promotora adhezji 30 nanometrów chromu i warstwy przewodzącej 150 nanometrów miedzi. Następnie dodaj warstwę wirową o grubości około 10 mikronów SPR 220 przy 1,700 obr./min, odstawioną na trzy minuty. Teraz wystaw wafle na maskę panelową za pomocą około 460 milidżuli na centymetr kwadratowy światła UV i nakładki na maskę na bazie rtęci.Programuj w MF 26 developer przez dwie minuty, uzupełnij rozwiązanie deweloperskie i rozwijaj przez kolejne dwie minuty. Przystąp do obliczenia całkowitej powierzchni panelu i oblicz prąd wymagany do osadzania niklu elektrodą z dostępnego w handlu roztworu siarczanu niklu. Następnie zanurz wafel w roztworze galwanicznym niklu.Powtórz kroki powlekania wirowania i wyrównywania maski zawiasu. Teraz pokrój wafel w kostkę na małe kawałki, które zawierają od 50 do 60 siatek. Pokryj krawędzie kawałków lakierem do paznokci.Następnie oblicz całkowitą odsłoniętą powierzchnię zawiasu i użyj jej do obliczenia prądu wymaganego do osadzania elektrody na lutowiu ołowiowo-cynowym z komercyjnego roztworu do. Następnie zanurz wafel w roztworze lutowniczym. Rozpuść fotorezystu w acetonie.Opłucz kawałki wafla alkoholem IPA i osusz gazowym azotem, zanurz kawałek wafla w wytrawianiu PS 100 na 25 do 40 sekund, aby rozpuścić otaczającą warstwę miedzi. Spłucz wodą destylowaną i osusz gazowym azotem. Teraz zanurz kawałek wafla w wytrawiaczu CRE 473 na 30 do 50 sekund, aby rozpuścić otaczającą warstwę chromu.Następnie spłucz wodą destylowaną i osusz gazowym azotem. Na koniec zanurz kawałek wafla w dwóch do trzech mililitrach NMP i podgrzewaj w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez trzy do pięciu minut, aż szablony zostaną uwolnione z podłoża. Przenieś od 10 do 20 szablonów na małą szalkę Petriego i rozprowadź je równomiernie.Następnie dodaj około trzech do pięciu mililitrów NMP i pięć do siedmiu kropli strumienia cieczy Delo pięć RMA podgrzewanego w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez pięć minut. Topnik czyści i rozpuszcza każdą warstwę tlenku utworzoną na saer, zapewniając w ten sposób dobry rozpływ lutu podczas podgrzewania. Zwiększ temperaturę płyty grzejnej do 150 stopni Celsjusza na pięć minut.Powoli zwiększaj do 200 stopni Celsjusza, aż po ostygnięciu naczynia nastąpi fałdowanie, dwukrotnie opłucz dwunastościenny w acetonie i raz w etanolu, przechowuj cząstki dwunastościenne w etanolu w celu rekonfigurowalnych struktur z metaliczną warstwą protektorową, zanurz kawałek wafla w PS 100, aby wytrawić leżącą pod spodem miedzianą warstwę protektorową. Poczekaj, aż mikrochwytaki zostaną całkowicie zwolnione z podłoża. Opłucz uwolnione mikrochwytaki wodą dejonizowaną i trzymaj je w zimnej wodzie.Następnie uruchom składanie, umieszczając mikro chwytaki w wodzie o temperaturze 37 stopni Celsjusza. Ogólny protokół opisany w manuskrypcie może być używany do wytwarzania cząstek zapieczętowanych wzorem i rekonfigurowalnych urządzeń chwytających. Dołączono również nasze konkretne, zwizualizowane przykłady zarówno wytwarzania uszczelnionych cząstek toralowych, jak i rekonfigurowalnych mikrouchwytów.Z reguły potrzebne są co najmniej dwa zestawy masek, jeden dla sztywnych paneli, które nie zginają się ani nie zakrzywiają, a drugi dla obszarów zawiasów, które zginają łuk lub uszczelniają. Ten wzór wykorzystuje zasady projektowania maski dla samoskładającego się mikrochwytaka. Program AutoCAD służy do projektowania masek prekursorów 2D.Prekursory 2D są następnie wytwarzane na podłożu krzemowym, jak widać na tych obrazach optycznych chwytaków dedra i mikro. Realizacja ta pokazuje samoorganizację cząstki Dedra zgodnie z przygotowaniem w szczegółowo opisanym protokole. W tym artykule mikrochwytaki są indukowane przez ciepło do samoczynnego składania w temperaturze 37 stopni Celsjusza.Tutaj obrazy przedstawiają montaż cienkiej folii, sterowane naprężeniami składanie mikrochwytaka wokół koralika, samoorganizujące się cząstki wielościenne mogą być tworzone w różnych kształtach, a także składane mikrochwytaki. Ta koncepcyjna animacja autorstwa Davida Fallaca pokazuje montaż cząstki sześciennej pod wpływem napięcia powierzchniowego. Po pierwsze, wafel krzemowy i maska fotograficzna są precyzyjnie wyrównane.Następnie wafle są poddawane działaniu maski panelowej przy użyciu około 460 milidżuli na centymetr kwadratowy światła UV i nakładki maski na bazie rtęci w celu wywołania fałdowania kostki. Temperatura jest podnoszona do temperatury topnienia materiału zawiasu, co powoduje zwijanie się zawiasów cieczy, aby zminimalizować odsłoniętą powierzchnię. Krawędzie łączą się, aby zminimalizować ich energię powierzchniową i uszczelnić cząstki, tworząc w ten sposób kompletną cząstkę wielościenną.Proces produkcji i uruchamiania jest wysoce równoległy, a konstrukcje 3D mogą być wytwarzane i uruchamiane jednocześnie. Dodatkowo, precyzyjne wzory, takie jak kwadratowe lub trójkątne pory, mogą być definiowane we wszystkich trzech wymiarach i na wybranych powierzchniach, jeśli zajdzie taka potrzeba. Samoskładające się mikrochwytaki mogą być zamykane w biologicznie łagodnych warunkach, dzięki czemu można je wykorzystać do wycięcia tkanek lub załadować je ładunkiem biologicznym.Ten przykład pokazuje ekstrakcję tkanki pęcherza moczowego za pomocą termoczułych mikrochwytaków. Dodatkowo, ponieważ mikrochwytaki mogą być wykonane z niklu i materiału ferromagnetycznego, można je przesuwać z daleka za pomocą pól magnetycznych. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wykorzystać podejścia inspirowane origami, aby zsyntetyzować precyzyjnie wzorzyste i rekonfigurowalne cząstki w różnych rozmiarach, kształtach, wzorach powierzchni i stymulować responsywną rekonfigurowalność.Pamiętaj, aby postępować zgodnie z obowiązującymi zasadami projektowania dotyczącymi samoorganizacji cząstek i zrozumieć zasadę działania tego procesu. Bardzo ważne jest, aby wybrać odpowiednie materiały na panele i zawiasy warstwy protektorowej. Na przykład nie należy wybierać warstwy protektorowej wymagającej wysokiej temperatury rozpuszczania, jeśli warstwa spustowa rozpuszcza się w tych wysokich temperaturach po jej rozwinięciu.Technika ta utorowała drogę naukowcom z dziedziny mikro i nanotechnologii do zbadania rozwoju i zastosowań precyzyjnie wzorzystych wielościanów i rekonfigurowalnych cząstek w elektronice, optyce i medycynie.

origami-inspired-self-assembly-patterned-reconfigurable

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Zainspirowane origami samodzielne łączenie wzorcowanych i przekonfigurowalnych cząstek

Ten artykuł opisuje tworzenie wysoce uporządkowanych struktur opartych na peptydach poprzez spontaniczny proces samoorganizacji. Metoda wykorzystuje dostępne na rynku peptydy i powszechnie stosowany sprzęt laboratoryjny. Technika ta może być stosowana do wielu różnych peptydów i może prowadzić do odkrycia nowych zespołów opartych na peptydach.

Tworzenie uporządkowanych struktur biomolekularnych przez samoorganizację krótkich peptydów

Origami DNA to potężna metoda wytwarzania precyzyjnych obiektów w nanoskali poprzez programowanie samoorganizacji cząsteczek DNA. Tutaj opisujemy protokół składania robota reagującego biologicznie z origami DNA, jego oczyszczania i barwienia ujemnego do obrazowania pod mikroskopem elektronowym transmisyjnym (TEM).

Składanie i charakterystyka bioresponsywnego robota z DNA Origami

Kafelkowanie DNA jest skutecznym podejściem do tworzenia programowalnych nanostruktur. Opisujemy protokoły konstruowania złożonych dwuwymiarowych kształtów poprzez samoorganizację jednoniciowych płytek DNA.

Samoorganizacja złożonych dwuwymiarowych kształtów z jednoniciowych płytek DNA

Używamy druku 3D do wytwarzania anizotropowych cząstek w kształcie waletów, krzyżyków, tetrad i triad, których wyrównanie i rotacje w turbulentnym przepływie płynu mogą być mierzone na podstawie wielu jednoczesnych obrazów wideo.

Metody pomiaru orientacji i szybkości rotacji cząstek wydrukowanych w 3D w turbulencji

Pokazujemy użycie wzorzystych klejów aerozolowych do budowy 3D papierowych urządzeń mikroprzepływowych. Ta metoda nakładania kleju tworzy półtrwałe wiązania między warstwami, umożliwiając nieniszczący demontaż urządzeń jednorazowego użytku po użyciu i ułatwiając składanie złożonych struktur niepłaskich.

Wykorzystanie wzoru kleju do budowy urządzeń mikroprzepływowych z papieru 3D

Ten manuskrypt przedstawia metodę formowania wtryskowego do inżynierii mikronaczyń, które podsumowują fizjologiczne właściwości śródbłonka. Proces oparty na mikroprzepływach tworzy opatentowane sieci naczyniowe 3D z dostosowanymi warunkami, takimi jak przepływ, skład komórkowy, geometria i gradienty biochemiczne. Opisano proces wytwarzania i przykłady potencjalnych zastosowań.

Mikrowzorowanie i montaż trójwymiarowych mikonaczyń

Tutaj prezentujemy protokół do przygotowania i wizualizacji struktur drugorzędnych (np. włókien, architektur toroidalnych i nanosfer) pochodzących z polikarmidów spiralnych. Wykazano, że morfologia charakteryzująca się zarówno mikroskopią sił atomowych (AFM), jak i skaningową mikroskopią elektronową (SEM) zależy od struktury molekularnej, stężenia i wybranego rozpuszczalnika.

Samoorganizujące się morfologie otrzymane z helikalnych kopolimerów polikarbodimidu i ich pochodnych triazolowych

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania wielościanów 3D na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami.

Wytwarzanie trójwymiarowych wielościanów na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami

Przedstawiono protokół do syntezy kodowanych informacyjnie oligomerów peptoidowych oraz do sekwencyjnego samoorganizowania tych peptoidów w drabinki molekularne przy użyciu amin i aldehydów jako dynamicznych par kowalencyjnych reagentów oraz kwaśnych triflatów metali ziem rzadkich Lewisa jako odczynników wielozadaniowych.

Synteza peptydów niosących informacje i ich sekwencyjna dynamiczna samoorganizacja kowalencyjna

Prezentujemy technologię, która wykorzystuje wspomagany kapilarność montaż w platformie mikroprzepływowej do modelowania mikroobiektów zawieszonych w cieczy, takich jak bakterie i koloidy, w określone tablice na podłożu z polidimetylosiloksanu.

Modelowanie mikroorganizmów i mikrocząstek poprzez sekwencyjny montaż wspomagany kapilarnością

Ten artykuł przedstawia protokół tworzenia zespołów mikrotubul w kształcie taktoidów przy użyciu MAP65, roślinnego środka sieciującego mikrotubul, oraz PEG jako czynnika tłumiącego.

Samodzielny montaż taktoidów mikrotubul

Poznaj metodę syntezy wzorzystych cząstek inspirowaną origami w skali mikro- i centymetrowej. Technika wykorzystuje fotolitografię i samomontaż do tworzenia rekonfigurowalnych struktur dla zastosowań biomedycznych.

Inspirowany origami samomontaż wzorzystych i rekonfigurowalnych cząstek

Przeglądaj więcej filmów