Origami Inspirado Auto-montagem de Partículas estampados e Reconfigurável

Este protocolo sintetiza partículas estáticas e reconfiguráveis padronizadas com precisão de diferentes formas e tamanhos. Primeiro, projete máscaras para a rede bidimensional que eventualmente se auto-montarão nas partículas padronizadas desejadas. Em seguida, deposite as camadas sacrificial e condutora em um substrato plano.

Fabrique os precursores 2D padronizando painéis e dobradiças usando fotolitografia, deposição de filme fino e, em seguida, dissolva a camada de sacrifício para liberar os precursores 2D do substrato. Em última análise, os precursores 2D liberados são expostos a estímulos específicos para desencadear o dobramento das partículas que variam do micrômetro à escala centimétrica. As implicações dessa técnica se estendem à criação de partículas inteligentes miniaturizadas, incluindo aquelas que podem fazer biópsias em locais de difícil acesso no corpo.

Além disso, o método pode ser usado com metais, semicondutores e até polímeros para que possamos criar cápsulas que podem ser importantes na administração de medicamentos, especialmente porque podemos criá-las em geometrias não esféricas e multifuncionais. A principal vantagem dessa técnica sobre os métodos existentes, como emoção, polimerização ou moldagem de partículas, é que esse método transforma a exatidão e a precisão da litografia plenária em padrões tridimensionais de partículas com diferentes formas e tamanhos. A demonstração visual desse método é crítica, pois as etapas de padronização e autodobramento são difíceis de aprender porque exigem habilidades de litografia e automontagem.

Nesta demonstração, fabricaremos Dora estática e permanentemente selada de 300 mícrons, bem como micro pinças termossensíveis reconfiguráveis. Comece com um programa de software gráfico vetorial bidimensional. Primeiro, determine o número de painéis nos poliedros.

Prossiga para descobrir o arranjo bidimensional de alto rendimento dos painéis, também chamados de redes. As redes que têm a menor subgeração vermelha e o maior número de conexões de vértices secundários normalmente são montadas com as caudas mais altas Para a máscara do painel, desenhe os painéis dos poliedros como espaço de redes, os painéis adjacentes por uma largura de lacuna. Em seguida, insira a marca do Registro para alinhamento subsequente com a máscara de dobradiça.

Agora, para a máscara de dobradiça, defina as dobradiças dobráveis entre os painéis. Defina também as dobradiças do teto nas bordas dos painéis. Em seguida, verifique se o painel e as máscaras de dobradiça se sobrepõem com o registro As dobradiças de teto fornecem tolerância a erros considerável durante a dobra da célula.

Agora, imprima as máscaras em filmes de transparência usando uma impressora de alta resolução. Comece a preparação do substrato com um substrato plano. Limpe os wafers de silício com metanol, acetona e álcool isopropílico.

Em seguida, seque-os com gás nitrogênio e aqueça a 150 graus Celsius por cinco a 10 minutos. No revestimento de rotação de wafers de silício, uma camada de 5,5 mícrons de espessura de 950 PMA 11 a 1.100 RPM. Após três minutos, asse o substrato a 180 graus Celsius por 60 segundos.

Usando um depósito evaporador térmico, um promotor de adesão de 30 nanômetros de cromo e a camada condutora de 150 nanômetros de cobre. Em seguida, adicione uma camada giratória de aproximadamente 10 mícrons de espessura SPR 220 a 1.700 RPM reservada por três minutos. Agora exponha os wafers à máscara do painel usando aproximadamente 460 milijoules por centímetro quadrado de luz UV e um alinhador de máscara à base de mercúrio.

Desenvolva no desenvolvedor MF 26 por dois minutos, reabasteça a solução do desenvolvedor e desenvolva por mais dois minutos. Prossiga para calcular a área total do painel e calcule a corrente necessária para o eletrodo de depósito de níquel de uma solução comercial de sulfato de níquel. Em seguida, mergulhe o wafer na solução de galvanoplastia de níquel.

Repita as etapas de revestimento giratório e alinhamento para a máscara de dobradiça. Agora corte a bolacha em pedaços pequenos que contenham de 50 a 60 redes. Cubra as bordas das peças com esmalte.

Em seguida, calcule a área total exposta da dobradiça e use-a para calcular a corrente necessária para o depósito de eletrodo de solda de chumbo e estanho de uma solução comercial de revestimento de solda. Em seguida, mergulhe o wafer na solução de revestimento de solda. Dissolva a fotorresistência em acetona.

Enxágue os pedaços de wafer com IPA e seque com gás nitrogênio mergulhe o pedaço de wafer em um PS 100 por 25 a 40 segundos para dissolver a camada de cobre circundante. Enxágüe com água destilada e seque com gás nitrogênio. Agora mergulhe o pedaço de wafer na gravação CRE 473 por 30 a 50 segundos para dissolver a camada de cromo circundante.

Em seguida, enxágue com água destilada e seque com gás nitrogênio. Finalmente, mergulhe o pedaço de wafer em dois a três mililitros de NMP e aqueça a 100 graus Celsius por três a cinco minutos até que os moldes sejam liberados do substrato. Transfira de 10 a 20 modelos para uma pequena placa de Petri e distribua-os uniformemente.

Em seguida, adicione aproximadamente três a cinco mililitros de NMP e cinco a sete gotas de calor de fluxo líquido Delo cinco RMA a 100 graus Celsius por cinco minutos. O fluxo limpa e dissolve qualquer camada de óxido formada no saer e, assim, garante um bom refluxo da solda no aquecimento. Aumente a temperatura da placa de aquecimento para 150 graus Celsius por cinco minutos.

Aumente lentamente para 200 graus Celsius até que ocorra a dobra após o resfriamento do prato, enxágue o dodecaédrico duas vezes em acetona e uma vez em etanol, armazene as partículas dodecaédricas em etanol para estruturas reconfiguráveis com camada de sacrifício metálico, mergulhe o pedaço de wafer em um PS 100 para gravar a camada de sacrifício de cobre subjacente. Aguarde até que as micro pinças sejam completamente liberadas do substrato. Enxágue as micropinças liberadas com água deionizada e mantenha-as em água fria.

Em seguida, acione a dobra colocando as micro pinças em água a 37 graus Celsius. O protocolo geral descrito no manuscrito pode ser usado para fabricar partículas seladas padrão e dispositivos de preensão reconfiguráveis. Também incluiu nossos exemplos específicos visualizados para a fabricação de partículas torácicas seladas e micro garras reconfiguráveis.

Como regra geral, são necessários pelo menos dois conjuntos de máscaras, um para painéis rígidos que não dobram ou curvam e outro para regiões de dobradiça que dobram curva ou vedação. Este padrão usa as regras de design da máscara para uma micro garra autodobrável. O programa AutoCAD é usado para projetar as máscaras dos precursores 2D.

Os precursores 2D são então fabricados em um substrato de silício, como visto nessas imagens ópticas de dedra e micro pinças. Essa percepção mostra a automontagem de uma partícula de Dedra conforme preparado no protocolo detalhado. Neste artigo aqui, as micro pinças são induzidas pelo calor a se dobrarem a 37 graus Celsius.

Aqui, as imagens retratam a montagem de um filme fino, dobramento acionado por estresse de uma micro pinça em torno de um cordão, partículas poliédricas auto-montadas podem ser criadas em uma variedade de formas, bem como micro pinças dobráveis. Esta animação conceitual de David Fallac mostra a montagem orientada por tensão superficial de uma partícula cúbica. Primeiro, o wafer de silício e a máscara fotográfica são alinhados com precisão.

Em seguida, os wafers são expostos à máscara do painel usando aproximadamente 460 milijoules por centímetro quadrado de luz UV e um alinhador de máscara à base de mercúrio para induzir a dobra do cubo. A temperatura é elevada ao ponto de fusão do material da dobradiça, fazendo com que as dobradiças líquidas se enrolem para minimizar a área de superfície exposta. As bordas se fundem para minimizar sua energia superficial e selar as partículas, formando assim uma partícula poliédrica completa.

O processo de fabricação e atuação é altamente paralelo e as estruturas 3D podem ser fabricadas e acionadas simultaneamente. Além disso, padrões precisos, como exemplificados por poros quadrados ou triangulares, podem ser definidos em todas as três dimensões e em faces selecionadas, se necessário. As micro pinças auto-dobráveis podem ser fechadas em condições biologicamente benignas para que possam ser usadas para extirpar tecidos ou podem ser carregadas com carga biológica.

Este exemplo mostra a extração de tecido da bexiga usando micropinças termossensíveis. Além disso, como as micro pinças podem ser feitas com níquel, um material ferromagnético, elas podem ser movidas de longe usando campos magnéticos. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como utilizar abordagens inspiradas em origami para sintetizar partículas precisamente padronizadas e reconfiguráveis em uma variedade de tamanhos, formas, padrões de superfície e estimular a reconfigurabilidade responsiva.

Lembre-se de seguir as regras de design que regem a automontagem das partículas e entender o princípio de funcionamento do processo. É muito importante escolher os materiais certos para os painéis e dobradiças da camada de sacrifício. Por exemplo, você não deve escolher uma camada de sacrifício que exija alta temperatura de dissolução se sua camada de gatilho se dissolver nessas altas temperaturas após seu desenvolvimento.

Essa técnica abriu caminho para pesquisadores nas áreas de micro e nanotecnologia explorarem o desenvolvimento e as aplicações de poliedros com padrões precisos e partículas reconfiguráveis em eletrônica, óptica e medicina.