Inspirowany origami samomontaż wzorzystych i rekonfigurowalnych cząstek

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.