Вдохновленные оригами самосборки Узорчатое и Reconfigurable Частицы

Этот протокол синтезирует точно структурированные статические и реконфигурируемые частицы различных форм и размеров. Во-первых, разработайте маски для двумерной сети, которая в конечном итоге будет самособираться до желаемых структурированных частиц. Затем отложите жертвенные и проводящие слои на плоскую подложку.

Изготовьте 2D-предшественники путем моделирования панелей и шарниров с помощью фотолитографии, нанесения тонких пленок и травления, а затем растворите жертвенный слой для высвобождения 2D-предшественников из подложки. В конечном счете, высвобожденные двухмерные предшественники подвергаются воздействию специфических стимулов, вызывающих сворачивание частиц в диапазоне от микрометра до сантиметра. Последствия этого метода распространяются на создание миниатюрных умных частиц, в том числе тех, которые могут проводить биопсию в труднодоступных местах тела.

Кроме того, этот метод может быть использован с металлами, полупроводниками и даже полимерами, чтобы мы могли создавать капсулы, которые могут быть важны для доставки лекарств, тем более что мы можем создавать их в несферических, сферических и многофункциональных геометриях. Основное преимущество этого метода перед существующими методами, такими как эмоция, полимеризация или формование частиц, заключается в том, что этот метод преобразует точность и прецизионность полной литографии в трехмерное структурирование частиц различных форм и размеров. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, поскольку этапы создания узоров и самоскладывания сложны для изучения, поскольку они требуют навыков как литографии, так и самостоятельной сборки.

В этой демонстрации мы изготовим статические, постоянно герметичные Dora размером 300 микрон, а также реконфигурируемые термочувствительные микрозахваты. Начните с программы для создания двухмерной векторной графики. Во-первых, определите количество панелей в многогранниках.

Приступаем к выяснению высокодоходного двухмерного расположения панелей, также называемых сетками. Цепи с наименьшим красным подпоколением и наибольшим числом вторичных вершинных соединений обычно собираются с наибольшим хвостом Для маски панели нарисуйте панели многогранников как пространство цепей, а соседние панели – по ширине зазора. Затем вставьте метку реестра для последующего совмещения с шарнирной маской.

Теперь для маски шарнира, определите складные шарниры между панелями. Также определите потолочные петли по краям панелей. Затем убедитесь, что наложение масок панелей и шарниров на потолочные шарниры реестра обеспечивает значительную устойчивость к ошибкам при складывании ячеек.

Теперь распечатайте маски на прозрачных пленках с помощью принтера с высоким разрешением. Начните подготовку субстрата с плоского субстрата. Очистите силиконовые пластины метанолом, ацетоном и изопропиловым спиртом.

Затем обсушите их газообразным азотом и нагрейте при температуре 150 градусов Цельсия в течение пяти-10 минут. На кремниевые пластины наносится слой толщиной 5,5 мкм из 950 P-M-M-A-A 11 при 1, 100 об/мин. Через три минуты запекайте основание при температуре 180 градусов Цельсия в течение 60 секунд.

С помощью термического испарителя используется осадок, усилитель адгезии 30 нанометров хрома и проводящий слой 150 нанометров меди. Затем добавьте слой отжима толщиной около 10 микрон SPR 220 при 1 700 об/мин, отставьте в сторону на три минуты. Теперь подвергните пластины воздействию маски панели, используя примерно 460 миллиджоулей на квадратный сантиметр ультрафиолетового излучения и выравниватель маски на основе ртути.

Развиваем в MF 26 проявитель в течение двух минут, пополняем решение разработчика и разрабатываем еще две минуты. Перейдите к расчету общей площади панели и вычислите ток, необходимый для нанесения электрода никеля из коммерческого раствора сульфата никеля. Затем опустите пластину в никельный гальванический раствор.

Повторите шаги отжима покрытия и выравнивания для шарнирной маски. Теперь нарежьте небольшими кусочками, которые содержат от 50 до 60 сеток. Смажьте края кусочков лаком для ногтей.

Затем рассчитайте общую площадь обнаженного шарнира и используйте ее для вычисления тока, необходимого для нанесения электрода свинцово-оловянным припоем из коммерческого раствора для нанесения пайки. Затем опустите пластину в раствор для паяльного покрытия. Растворите фоторезист в ацетоне.

Промойте межфланцевые детали изопропиловым спиртом и высушите газообразным азотом, погрузите вафельный лист в травлю PS 100 на 25-40 секунд, чтобы растворить окружающий медный слой. Промойте дистиллированной водой и высушите газообразным азотом. Теперь погрузите вафельную деталь в травильную машину CRE 473 на 30-50 секунд, чтобы растворить окружающий слой хрома.

Затем промойте дистиллированной водой и обсушите газообразным азотом. Наконец, погрузите вафельный кусок в два-три миллилитра NMP и нагрейте до 100 градусов Цельсия в течение трех-пяти минут, пока шаблоны не высвободятся из подложки. Переложите от 10 до 20 шаблонов в маленькую чашку Петри и равномерно распределите их.

Затем добавьте примерно три-пять миллилитров NMP и пять-семь капель в Delo пять RMA жидкого флюсового нагрева при 100 градусах Цельсия в течение пяти минут. Флюс очищает и растворяет любой оксидный слой, образовавшийся на саэре, и тем самым обеспечивает хорошее оплавление припоя при нагревании. Увеличьте температуру конфорки до 150 градусов Цельсия на пять минут.

Медленно увеличьте температуру до 200 градусов Цельсия до тех пор, пока не произойдет складывание после того, как блюдо остынет, дважды промойте додекаэдр в ацетоне и один раз в этаноле. Храните частицы додекаэдра в этаноле для реконфигурируемых конструкций с металлическим жертвенным слоем, погрузите вафельную деталь в PS 100 для травления нижележащего медного жертвенного слоя. Подождите, пока микрозахваты полностью высвободятся из подложки. Высвободившиеся микрозахваты промойте деионизированной водой и держите в холодной воде.

Затем запустите складывание, поместив микрозахваты в воду с температурой 37 градусов Цельсия. Общий протокол, описанный в рукописи, может быть использован для изготовления шаблонных запаянных частиц и реконфигурируемых захватывающих устройств. Также включены наши конкретные визуализированные примеры как для изготовления герметичных торальных частиц, так и для реконфигурируемых микрозахватов.

Как правило, требуется как минимум два набора масок: один для жестких панелей, которые не изгибаются и не искривляются, а другой — для областей шарниров, которые изгибаются или герметизируются. В этом шаблоне используются правила проектирования маски для самоскладывающегося микрозахвата. Программа AutoCAD используется для проектирования масок 2D-предшественников.

Затем из 2D-прекурсоров изготавливается кремниевая подложка, как видно на этих оптических изображениях дедры и микрозахватов. Эта реализация показывает самосборку частицы Дедра, подготовленную в подробно описанном протоколе. В этой статье микрозахваты под действием тепла автоматически складываются при температуре 37 градусов Цельсия.

Здесь на изображениях изображена сборка тонкой пленки, складывание микрозахвата вокруг валика, самоорганизующиеся многогранные частицы могут быть созданы различных форм, а также складывающиеся микрозахваты. В этой концептуальной анимации Дэвида Фаллака показана сборка кубической частицы под действием поверхностного натяжения. Во-первых, кремниевая пластина и фотомаска точно выровнены.

Затем пластины подвергаются воздействию маски панели с использованием примерно 460 миллиджоулей на квадратный сантиметр ультрафиолетового излучения и выравнивателя маски на основе ртути, чтобы вызвать складывание куба. Температура повышается до точки плавления материала шарнира, в результате чего жидкие шарниры скапливаются, чтобы свести к минимуму площадь открытой поверхности. Края сплавляются, чтобы свести к минимуму их поверхностную энергию и герметизировать частицы, образуя таким образом цельную полиэдрическую частицу.

Процесс изготовления и привода в действие очень параллелен, поэтому 3D-структуры могут быть изготовлены и запущены одновременно. Кроме того, точные узоры, такие как квадратные или треугольные поры, могут быть определены во всех трех измерениях и при необходимости на выбранных гранях. Самоскладывающиеся микрозахваты могут быть закрыты в биологически благоприятных условиях, чтобы их можно было использовать для иссечения тканей, или они могут быть загружены биологическим грузом.

В этом примере показана экстракция ткани мочевого пузыря с помощью термочувствительных микрозахватов. Кроме того, поскольку микрозахваты могут быть изготовлены из ферромагнитного материала никеля, их можно перемещать издалека с помощью магнитных полей. После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как использовать подходы, вдохновленные оригами, для синтеза точно структурированных и реконфигурируемых частиц различных размеров, форм, узоров поверхностей и стимулирования отзывчивой реконфигурации.

Не забывайте следовать основным правилам проектирования для самостоятельной сборки частиц и понимать принцип работы процесса. Очень важно правильно подобрать материалы для жертвенного слоя панелей и петель. Например, вы не должны выбирать жертвенный слой, требующий высокой температуры растворения, если ваш триггерный слой растворяется при этих высоких температурах после его развития.

Этот метод проложил путь исследователям в области микро- и нанотехнологий к изучению разработки и применения точно структурированных многогранников и реконфигурируемых частиц в электронике, оптике и медицине.