Siłowniki do oświetlenia o dowolnym kształcie -- Wytwarzanie i sterowanie uruchamianiem w skali mikroskopowej

Ogólnym celem tej dwuetapowej procedury pisania laserowego jest uzyskanie struktur uruchamiających światło na bazie elastomeru o rozmiarach mikrometrycznych. Metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu mikrobiotyki i mikrofluidyki. Na przykład, jak stworzyć pojedynczą mikrostrukturę o złożonym ruchu.

Główną zaletą tej techniki jest to, że orientację molekularną można ręcznie modelować w mikroskali. W ten sposób można sterować specyficzną formą uruchamiania. Niektóre z tych metod mogą dostarczyć mikrobiotyków do wnętrza, ale można je również zastosować do różnych systemów, takich jak strojenie urządzeń fotonicznych lub materiałów reagujących na różne bodźce.

Częścią procedury będzie Daniele Martella, doktor habilitowany z mojego laboratorium. Aby rozpocząć, wyczyść szkiełko o średnicy 3 cm acetonem i chusteczką do soczewek. Następnie za pomocą kleszczy lub pęsety umieść kilka szklanych mikrokulek na szkiełku około pół centymetra od punktu środkowego.

Pełnią one funkcję przekładek. Umieść szkiełko mikroskopowe o średnicy 1 cm na przekładkach i delikatnie dociśnij je na miejsce. Następnie dodaj około dwóch mikrolitrów kleju utwardzanego promieniami UV w szczelinę między szkiełkami w trzech różnych punktach, w których znajdują się przekładki.

Zanim klej wniknie zbyt głęboko w szczelinę, użyj światła UV, aby utwardzić klej. W ten sposób powstaje komórka dla eksperymentu. Teraz wzdłuż krawędzi ogniwa upuść około 10 mikrolitrów żywicy IPL.

Odczekaj kilka minut, aż płyn przeniknie do całego obszaru komórki. Następnie za pomocą kleju gumowego Fixo przymocuj kuwetę do uchwytu na próbkę. Umieść zespół w systemie bezpośredniego pisania laserowego i za pomocą obiektywu 100X znajdź interfejs na górnej wewnętrznej powierzchni.

Następnie dokonaj korekty pochylenia, ponieważ suwak nie jest idealnie poziomy. Teraz napisz struktury zaprojektowanych wzorców gradacji IPL przy użyciu 6 miliwatów mocy lasera przy 60 mikronach na sekundę. Wzory stopniowania są tworzone za pomocą krzywych lub linii prostych.

Następnie znajdź interfejs i przechyl go prawidłowo do dolnej powierzchni wewnętrznej. Tam też napisz wzór. Teraz przenieś komórkę do kąpieli izopropanolowej na 12 do 24 godzin.

Nie otwieraj jeszcze komórki. Następnego dnia wysusz komórkę na płycie grzejnej o temperaturze 50 stopni Celsjusza przez 10 do 20 minut. Rozpocznij tę procedurę od odmierzenia około 300 mg mieszaniny monomerów.

Załaduj mieszaninę do szklanej butelki i umieść ją na płycie grzejnej ustawionej między 70 a 80 stopni Celsjusza, aby stopić proszek. Po stopieniu mieszaj przez godzinę, od 90 do 150 obr./min. Gdy mieszanina będzie jednorodna, umieść przygotowaną komórkę na płycie grzejnej w temperaturze 60 stopni Celsjusza i upuść 20 mikrolitrów mieszaniny wzdłuż krawędzi mniejszego szkiełka

Pozwól płynowi przedostać się do komórki. Następnie osłoń szkiełko przed światłem i przenieś je do mikroskopu za pomocą skrzyżowanego polaryzatora i regulatora temperatury. Przed oświetleniem ogniwa przymocuj pomarańczowy filtr do lampy, aby odfiltrować promieniowanie UV. Następnie za pomocą podgrzanego etapu podgrzej ogniwo do temperatury powyżej 60 stopni Celsjusza.

Teraz zmniejsz temperaturę w tempie od dwóch do 10 stopni Celsjusza na minutę, aby zmierzyć zakres temperatur dla fazy ciekłokrystalicznej. Obserwuj próbkę z odwróceniem kontrastu obrazu, obracając ją o 45 stopni w stosunku do osi polaryzatora. Ostatecznie należy zwrócić uwagę na dobrą jednorodną nematyczną fazę ciekłokrystaliczną.

Następnie zamocuj kuwetę na uchwycie na próbkę dla systemu DLW. Załaduj próbkę i ustaw temperaturę, aby przejść do fazy ciekłokrystalicznej. Następnie znajdź interfejs dolnej powierzchni wewnętrznej i wykonaj korekcję nachylenia za pomocą obiektywu 100X.

Następnie zapisz struktury LCE z mocą lasera wynoszącą cztery miliwaty i z prędkością 60 mikronów na sekundę. Jeśli używany jest obiektyw 10X, ustaw laser na 14 miliwatów i nie martw się o znalezienie interfejsu. W tym przypadku struktura jest wytwarzana na całej grubości próbki.

Następnie rozładuj ogniwo i użyj ostrza, aby wyjąć górny szkiełko szkiełkowe. Po zdjęciu górnego szkiełka zanurz struktury w kąpieli toluenowej na pięć minut, a następnie wysusz je na powietrzu przez 10 minut. Aby scharakteryzować mikrostruktury LCE, umieść próbkę w domowym mikroskopie i skup laser na strukturach za pomocą obiektywu 10X.

Teraz, używając kamery CMOS, obserwuj deformację wywołaną światłem. Korzystając z ręcznego sterowania systemem mikromanipulacji, umieść szklane mikrokońcówki, które znajdują się na ramionach manipulatora, blisko mikrostruktur LCE. Teraz włącz laser na niską moc, około 20 miliwatów, aby zwiększyć temperaturę LCE, a tym samym zmiękczyć strukturę.

Następnie użyj szklanych końcówek, aby podnieść jedną mikrostrukturę LCE i utrzymać ją w powietrzu. Ten proces jest potrzebny, aby uniknąć przywierania do powierzchni szkła. Następnie zwiększ moc lasera powyżej 100 miliwatów.

Następnie zapisz odkształcenie struktury LCE wywołane światłem do analizy. Cztery cylindryczne struktury LCE, o średnicy 60 mikronów i wysokości 20 mikronów, zostały wytworzone na czterech różnie zorientowanych obszarach klasyfikacji IPL z okresem jednego mikrona. Pod wpływem wzbudzenia świetlnego barwniki w LCE pochłaniały energię i przekazywały ją do sieci.

Struktury przeszły z fazy nematycznej do izotropowej, kurcząc się wzdłuż pierwotnego kierownika wyrównania LC i rozszerzając się w kierunku prostopadłym. Technika ta umożliwia tworzenie siłowników złożonych, które zawierają więcej niż jeden rodzaj wyrównania w jednej strukturze. Na przykład pasek LCE o wymiarach 400 na 40 na 20 mikronów został wyprodukowany z dwiema sekcjami wzorów wyrównania, które zawierały skręt o 90 stopni.

Przy oświetleniu świetlnym powierzchnia z wyrównaniem równoległym kurczyła się, podczas gdy ta z wyrównaniem prostopadłym rozszerzała się. W ten sposób konstrukcja jest wygięta w dwóch różnych kierunkach. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wyrównać elastomery ciekłokrystaliczne za pomocą konfiguracji bezpośredniego pisania laserowego i jak wprawić mikrosiłowniki w ruch za pomocą światła.