Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Frihånds Lys Aktuatorer - Fabrikasjon og kontroll av aktivering i Mikroskopisk Scale

Published: May 25, 2016 doi: 10.3791/53744

Abstract

Flytende krystallinske elastomerer (LCEs) er smarte materialer er i stand til reversibel form-endring som respons på ytre stimuli, og har tiltrukket seg forskeres oppmerksomhet på mange områder. De fleste av studiene fokuserte på makroskopiske LCE strukturer (filmer, fiber) og deres miniatyrisering er fortsatt i sin barndom. Nylig utviklet litografi teknikker, f.eks., Maske eksponering og kopi molding, bare tillate for å lage 2D-strukturer på LCE tynne filmer. Direkte laserpåskriften (DLW) åpner adgang til å virkelig 3D fabrikasjon i mikroskopisk skala. Imidlertid styre aktiveringen topologi og dynamikk på samme lengdeskala er fortsatt en utfordring.

I denne artikkelen rapporterer vi på en metode for å styre flytende krystall (LC) molekylær innretting i LCE mikrostrukturer av vilkårlig tredimensjonal form. Dette ble gjort mulig ved en kombinasjon av direkte laserpåskriften for både LCE strukturer så vel som for micrograting mønstre induserendelokal LC justering. Flere typer av gittermønster ble anvendt for å innføre forskjellige LC justeringer, som deretter kan mønstret inn i LCE strukturer. Denne protokollen tillater en å oppnå LCE mikrostrukturer med konstruerte linjer i stand til å utføre flere opto-mekanisk påvirkning, og dermed være i stand til flere funksjoner. Søknader kan forutses innen tunbare fotonikk, mikro-robotikk, lab-on-chip-teknologi og andre.

Introduction

Microactuators er mikroskopiske strukturer som kan overføre ekstern energi til drift av en annen mekanisme eller system. På grunn av den kompakte størrelsen og fjernkontroll-funksjon, har de vært mye brukt i lab-on-chip systemer 1, mikro-sensing to, og mikro robotikk 3. Aktuatorene tilgjengelige hittil kan utføre bare enkle handlinger, for eksempel hevelse / kollaps i en hydrogel matrise 4, sammentrekning / bøye fem i én retning med den eksterne feltet. Selv om den nylig utviklede teknikker har aktivert å dikte mikroskopisk skala påvirkningsstrukturer 6, er det fortsatt en stor utfordring å kontrollere disse doser i samme lengdeskala. Denne artikkelen rapporterer en metode for å forberede 3D lys aktivere mikrostrukturer med kontrolleraktiverings egenskaper. Teknikken er basert på direkte laserpåskriften (DLW), og det er demonstrert i flytende krystallinske elastomerer (LCEs).

LCEs er soft polymerer grer tilhører elastomer og flytende krystallinsk orientering. Disse materialer er i stand til store deformasjoner (20 - 400%) under forskjellige typer av eksterne stimuli 7. Fordelen med å bruke LCEs for microactuators er lettere for ingeniør molekylær orden i strukturene, som gjør det mulig for styring av aktivering i mikroskopisk skala åtte. LC monomerer blir syntetisert med akrylat del, slik at en enkelt-trinns foto-polymeriseringen. Denne egenskapen gir tilgang til ulike typer litografiske teknikker for fabrikasjon av 3D mikrostrukturer. Azo-fargestoffer som fotoreagerende molekyler som er knyttet til polymernettverket ved ko-polymerisasjonsprosess. Slike molekyler kombinere sin sterkt lys reaksjon evne (trans til cis-isomerisering) med lys indusert oppvarming av systemet ga lys kontrollert deformasjon.

DLW er en teknikk for å oppnå polymerstrukturer i et lysfølsomt materiale;al ved romlig kontroll av en fokusert laserstråle 9. DLW kan du lage 3D-frihånds strukturer i LCE uten å miste den molekylære justering 6. Det er flere fordeler med DLW i fabrikasjon av LCE microactuators. For det første kan oppløsningen komme til submikron målestokk, og strukturene er virkelig 3D-6. Tidligere rapporterte LCE mikro fabrikasjon metoder, f.eks., Maskert eksponering 10 og kopi støping 11, forut oppløsning ned til rundt 10 mikrometer og har bare 2D geometri. Dernest er DLW en ikke-kontakt fabrikasjon prosessen. Et egnet løsningsmiddel kan utvikle høy kvalitet strukturer som vedlikeholder utformet konfigurasjon. Replika støpeteknikk sjelden gir sub-mikron-oppløsning 12 og den strukturelle kvalitet er vanskelig å kontrollere. For det tredje gir laserpåskriften allsidige muligheter for lokal LC orientering på mikroskopisk skala 8,13. Blant ulike typer LC orienteringsteknikker, er rubbing MOSt effektiv måte å orientere LC-molekyler og har vært mye brukt i fremstilling av LCE tynn film. Dette har blitt generelt oppnådd ved å gni på polymerlagene til å generere mikrorillene på de indre overflater av en celle infiltrert av LC monomerer. På grunn av den flate forankringseffekt, slike mikrorillene er i stand til å orientere den LC molekylet langs sporet retning. DLW muliggjør direkte fabrikasjon av disse mikroriller på det valgte området i pre-designet retning med mye høyere nøyaktighet. Alle disse funksjonene gjør DLW en perfekt, unik teknikk for fabrikasjon og kontroll av aktivering i mikroskopisk skala.

Basert på DLW, kan LCE mikro være mønstret med ulike molekylære orientering. Med sammensatte justering innenfor en enkelt LCE struktur, multifunksjonelle actuations blitt mulig. Fremgangsmåten kan anvendes for fremstilling av LCE microactuators med noen form for LC monomerblanding. Ved ytterligere kjemiteknikk, er det mulig å gjøreaktuatorer følsomme for andre stimulans kilder, f.eks., fuktighet eller lys på forskjellig bølgelengde.

Protocol

Merk: Denne protokollen inneholder tre trinn: IP-L grating forberedelse til LC molekylær orientering, DLW i LCE og lys aktivering karakterisering. Den skjematiske direkte laserpåskriften system er vist i figur 1, mens den mikro-manipulering systemet er vist i figur 5.

1. IP-L Rister Pattern Forberedelse

  1. Ta ut en mikroskop dekselet lysbilde (3 cm i diameter), og rengjør den med aceton bruker linse vev.
  2. Plasser noen avstandsstykker (glass mikrosfærer) ved hjelp av en metalltupp på 3 forskjellige steder av glass-slide ca 0,5 cm fra midten.
  3. Plasser en annen objektglass (1 cm i diameter) på oversiden av avstandsstykkene. Bruk en spiss til å trykke forsiktig på toppen av øvre glass lysbilde.
  4. Plassere en dråpe (ca. 2 ul) av UV-herdende lim på tre forskjellige punkter henholdsvis på grensen av den øvre glassplate.
  5. Før limet trenger inn for mye into gapet ved å bruke UV-lys for å størkne limet. Cellen er nå dannet.
  6. Plassere en dråpe (ca. 10 ul) av IP-L harpiks på grensen av cellen ved hjelp av en pipette. Vent i noen minutter inntil væsken er infiltrert i hele området av cellen.
  7. Bruk lim for å fikse cellen på prøveholderen og plasser den i direkte laserpåskriften system.
  8. Velge en 100X objektiv, og finne grenseflaten ved den øvre indre overflate, etterfulgt av helningskorreksjon på denne overflaten.
  9. Skriv strukturer av designet IP-L grating mønstre med en laser makt og en skannehastighet på 6 MW og 60 mikrometer / sek, henholdsvis. Gittermønster laget av IP-L kurve eller rette linjer.
  10. Gjenta trinn 1.8 og 1.9 på den nedre indre overflate.
  11. Ta ut cellen, og dyppe prøven i et 2-propanol-bad uten å åpne celle, for 12-24 timer.
  12. Ta ut cellen fra løsningsmidlet, og tørk det på varmeplaten (50 ° C) i 10 - 20 min.

2. LCE mikro Fabrication

  1. Mål ~ 300 mg monomerblanding på balansen. Se den molekylære sammensetningen i tabell 1.
  2. Sett forberedt blanding inne i en glassflaske, og legg den på en varm plate innstilt på 70-80 ° C.
  3. Vent til alt pulveret smelter, legge til en magnetrører, og bland blandingen i 1 time (90-150 rpm).
  4. Plasser celle på varmeplate ved 60 ° C.
  5. Plasser en dråpe (rundt 20 ul) av blandingen på kanten av mindre glass-slide og vente til væsken infiltrerer inn i cellen.
  6. Overfør cellen til det optiske mikroskop med en krysset polarisator og en temperaturregulator. Hold alt i mørket under overføring, og sette en oransje filter før belysning lampen å filtrere ut UV.
  7. Øke temperaturen av cellen over 60 ° C ved hjelp av en temperaturregulator på mikroskopet, og deretter redusere temperaturen ut (2 - 10 ° C per minutt), For å måle temperaturområdet for LC fase. En blanding med forskjellig molekylsammensetning har en annen LC fase temperatur. En god homogen nematiske LC fase kan gjenkjennes ved å se kontrasten i bildet inversjon under rotasjon av prøven ved 45 ° vinkel i forhold til polarisatoren akse.
  8. Fest celle på prøveholderen, sett den i DLW systemet, og sett temperaturen til nå LC fase (målt i trinn 2.7).
  9. Finne grenseflaten ved den nedre indre overflate og utføre helningskorreksjon ved hjelp av et objektiv 100X, eller et 10X objektiv uten å finne grenseflaten.
  10. Skriv LCE strukturer ved bruk av DLW med en lasereffekten og en skannehastighet på 4 mW og 60 um / sek på den nedre glass-slide ved hjelp av 100X objektiv. Ellers bruker med en laser makt og en skannehastighet på 14 mW og 60 mikrometer / sek ved hjelp 10X objektiv (LCE struktur er fabrikkert gjennom hele prøven tykkelse).
  11. Ta ut cellen, og bruke en kniv for ååpne cellen fjerne den øvre glass lysbilde.
  12. Fordyp strukturene i en toluen bad i 5 min.
  13. Ta ut prøven, og tørr i luften i 10 min.

3. Karakterisering av lys Aktivering av LCE mikrostrukturer

  1. Plasser prøven i optisk mikroskop (20X) og fokusere en laserstråle (CW, 532 nm, 50-500 mW) ved 10X objektiv på konstruksjonene.
  2. Observer lys indusert deformasjon av den optiske mikroskop CMOS kamera (bildefrekvens 25,8 fps).
  3. Bruk manuell kontroll av mikro-manipulasjon system (figur 5) for å sette glasset spissen i en posisjon nær LCE mikrostrukturer.
  4. Slå på laser med lav effekt (~ 20 mW), for å øke temperaturen i LCE (på grunn av lys absorpsjon), og derved myke opp strukturen.
  5. Bruk et glass tips å plukke opp en LCE mikrostruktur, og hold den i lufta. Denne prosess er nødvendig for å unngå adhesjon fra glassoverflaten.
  6. Tune laseren til høy effekt (> 100 mW), og observere LCE strukturen deformert.
  7. Spill lyset indusert deformasjon med mikroskopet kameraet.

Representative Results

Figur 1 viser den optiske satt opp for laser skriving. Systemet består av en 780 nm laser fiber generering 130 fsec puls ved repetisjonsfrekvens på 100 MHz. Laserstrålen blir reflektert inn i et teleskop for å justere stråleprofilen til den optiske mikroskopobjektivåpning hvor det er fokusert inn i prøven. På mikroskopet, er en 3D piezo scenen installert med en 300 × 300 × 300 mikrometer tre omreisende utvalg for prøveoversettelse med en maksimal hastighet på 100 mikrometer / sek på 2 nm oppløsning. Lineært polariserte lys fra en rød lampe tennes prøven fra toppen, mens bildet blir samlet ved bunnen av den samme objektiv og reflekteres av en stråledeler til et CCD-kamera. Før kameraet, en annen polarise brukes til å oppnå tverr polarisert lys for forbedret kontrast.

Figur 2 viser skanning elektron mikroskop (SEM) bilder fra laser skrevet IP-L micrograting mønster (trinn 1). Sporet avstand er i størrelsesorden 400 - 1200 nm, mens høyden av rillene (topp-til-dal) er rundt 700 nm. Gittermønster med forskjellige orienteringer kan indusere forskjellige LC stillinger, avhengig av den ønskede aktivering av LCE element.

Figur 3 viser LC monomer orientering indusert av IP-L grating mønstre (trinn 2.7). Først ble fire typer mikro gitteret mønster med 100 x 100 mikrometer to størrelser som hver fremstilt på motsatte sider av en glasscelle (skjematisk vist i figur 3a). På grunn av den flate forankrings, har infiltrert LC monomerene er orientert langs med gitterlinjene retning, således oppviser 45 ° kontrast inversjon i det polariserte optiske mikroskop (POM) bilde (figur 3b).

Figur 4 viser SEM bilder av en LCE nano prikk / line fabrikkert på IP-L grating nettverk med forskjellig retning (trinn 2.10). Innenfor gitteret nettverket, LCE strukturene blir mer begrenset, med mye høyere motstand mot utviklingen i toluen. Et minimum bredde på koblet LCE er blitt målt til å være ~ 300 nm, noe som er konsistent med oppløsning av DLW uten gittermønster. En annen interessant metode for fotoniske anvendelse kan være realisering av stor skala periodisk struktur. Figur 4 (c, d) viser 2D LCE periodiske strukturer i et mikro-grating nettverk. De justeringer er godt bevart i disse nanostrukturer, som vist på POM bilder av figur 4 er satt inn (c, d). Men lys indusert deformasjon kan ikke oppnås i disse nanostrukturer. Dette er fordi innenfor IP-L grating, nano-LCE elementer er svært begrenset og heft forhindrer synlige deformasjoner. Mikro manipulasjon Systemet er basert på et hjemmelaget reflektert mikroskop og er vist skjematisk på figur 5. En 10X objektiv er festet på en linse rør er plassert på en loddrett stående optisk brødfjel. En 730 nm IR LED-lyskilde benyttes for belysning gjennom en ikke-polarisert stråledeler. Den reflekterte bildet samles opp ved den samme objektiv og projisert på kameraet. En kontinuerlig fast tilstand 532 nm laser er koblet inn i målet ved en langt frem dikroisk speil (50% transmisjon og refleksjon ved 567 nm) ved en innfallsvinkel på 45 °. En strømmåleren måler den sendte stråle etter dichroic speil for sanntids deteksjon av laser makt. En løst fokusert laser spot på ~ 150 mikrometer diameter sørger for maksimal belysning intensiteten av ~ 10 W / mm 2. Laserintensiteten styres av en tetthetsfilter variabel nøytral plassert i front av laseren. Under objektiv, en 3D manuell translation fasen blir brukt for prøven oversettelse. En oppvarmingstrinn montert på oversettelsestrinnet blir brukt for nøyaktig styring av prøvetemperaturen i et fra -20 til 120 ° C med 0,5 ° C nøyaktighet. To glass tips montert på to manuelle oversettings etapper har blitt plassert på venstre og høyre side, nær prøven posisjon. Struktur mikro manipulasjon kan realiseres ved forsiktig å flytte tips med hjelp av omregnings etapper.

For å demonstrere den innretting og deformasjon korrelasjon, fremstille vi fire LCE sylindriske strukturer med 60 um diameter og 20 pm høyde. Disse flaskene er skrevet på fire annerledes orientert IP-L grating regioner (1 mikrometer periode). Under lett magnetisering, fargestoffene inne i LCE absorbere lysenergi og overføre den til nettverket. De LCE strukturer er varmet opp og deretter gjennomgår faseovergang (nematisk til isotropisk). En slik faseovergangen er også hjulpetav trans til cis isomerisering av fargestoffet under de samme lys stimuli. Dermed strukturer kontrakten langs den opprinnelige LC justering direktør og ekspandere i loddrett retning 7. Avhengig av forskjellige lokale justeringer som induseres av den IP-L gitter, disse strukturene deformeres langs forskjellige retninger, som vist i figur 6 (trinn 3.1).

Denne teknikken muliggjør etablering av sammensatte aktuatorer, som inneholder mer enn én type av oppstilling i en enkelt struktur. En 400 x 40 x 20 mikrometer 3 størrelse LCE stripe med to seksjoner av justeringsmønster ble fremstilt, som skjematisk vist i figur 7 (a). Disse justerings punkter inneholder hver en 90 ° vridd orientering i en annen retning. Overflaten med parallelle justerings kontrakter, mens den med vinkelrett innretting utvides under lett belysning. Strukturen har vært picked opp av micromanipulation system, og holdt i luften ved et glass tips. Double bøying ble observert under lett belysning (trinn 3.3). En modulert laserstråle (ved hjelp av en optisk chopper) kan indusere sykliske deformasjoner. LCE kan svare følgende laser modulasjon frekvens (> 1k Hz). Imidlertid deformasjonen amplituden avtar med økende frekvens 14.

Figur 1
Figur 1: Optisk satt opp for direkte Laser Writing A 780 nm laserstråle (130 fsec puls, repetisjon hastighet på 100 MHz) er koplet inn i et mikroskop og fokusert med et optisk mikroskop objektiv i prøven.. En 3D piezo scenen med 300 × 300 × 300 mikrometer tre kjøreområdet brukes til prøveoversettelse under lasereksponering. Klikk her for å se et la Rger versjon av denne figuren.

Figur 2
Figur 2:. SEM Bilder av IP-L Mikro rister a) Enveis parallell linjestruktur. b) Radial grating mønster. Skala:. 10 mm Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Fig. 3: IP-L Micro-gitteret Frem LC legning a) Skjematisk fremstilling av mikro-gittermønster utformet for LC orientering. b) POM bilde av LC orientering som induseres av micrograting mønstre. Målestokken er 50 mikrometer. Den røde fargen skyldes det filter som forhindrer at foto-polymeriseringen.ge.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4:. SEM Bilder av LCE nanostrukturer Embedded Inside IP-L Gittre Networks a) og b) To mikro-grating mønstre ble fabrikkert av DLW sammen ulike retninger, mens LCE nanodots er fabrikkert innenfor gitteret nettverket. c) og d) Periodisk LCE nanostrukturer integrert i den samme type IP-L gitter. Innfellinger er POM bilde av strukturene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5:. Skjematisk av Mikromanipulasjon opp en CW solid state 532 nm laser er koplet inn i en hjemmelaget mikroskop system. En 10X Mål brukes til bildebehandling og fokusere 532 nm laser for eksitasjon. To manuelle oversettings stadier utstyrt med glass tips manipulatorer brukes for prøve mikro-manipulasjon. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 6
Figur 6: Lys Aktivering av LCE Micro-sylindere på fire ulike IP-L Micrograting regioner med ulike retninger a) Fire LCE sylindriske strukturer med 60 mikrometer diameter og 20 mikrometer høyde, skrevet på fire annerledes orientert mikro-grating regioner.. b) LCE sylindere deformeres langs forskjellige akser (avhengig av gitter indusert justeringer) når de utsettes for en 532 nm laser stråling (10 W mm -2). Skala: 100 mikrometer.les / ftp_upload / 53744 / 53744fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 7
Figur 7: Lys-drevet Deformasjon av LCE mikrostrukturer med flere Molekylær Alignments a) Skjematisk av to seksjoner av motsatt 90 ° vridde linjer i en enkelt LCE stripe.. b) og c) Optiske bilder av en 400 mikrometer lang LCE stripe bøyd i motsatte retninger under 532 nm laser belysning (3 W mm -2) 8. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

IP-L mikro-gitteret orientering teknikken har blitt integrert med DLW å orientere flytende krystallinske monomerer. De senere laser skrevet LCE mikrostrukturer kan også være mønstret med designet justering i mikroskala. Denne teknikken tillater oss å lage sammensatte LCE elementer som kan støtte flere funksjoner. Med enestående evne til å skape nøyaktige 3D mikrostrukturer og kontroll av aktivering, forventer vi at denne teknikken til å brukes for å lage elastomer basert mikroskopiske roboter 14, og for å åpne opp en mengde av nye strategier for oppnåelse av lette avstembare enheter 15.

Det er to kritiske trinn i fremstillingen. Den første er at de to glass i cellen bør være tett limt (trinn 1.4, 1.5). UV-herdende lim bevarer stabiliteten av cellen geometri under utvikling: bevegelse av et glass av cellen i forhold til den andre vil resultere i en justering av verstden LCE. Dernest bør laserskrivehastigheten i løpet av LCE struktur skrive være så høyt som mulig mens 100X målet blir valgt. På grunn av den sterke svelling av LCE under laserskriveprosessen, vil den svellede struktur beveger seg ut utformet stilling, og dermed påvirke kvaliteten på fabrikkerte aktuatorer.

I noen tilfeller er lysindusert deformerbarhet observert å forringes i strukturene. Dette kan være på grunn av fargestoffet bleking under høyt belysning intensitet. Når fargestoffmolekylene er blitt slått av, oppfører seg LCE struktur som et gjennomsiktig medium, og lysabsorpsjon / lys-indusert deformasjon blir undertrykket. En lavere laser makt ville være tryggere for aktivering av LCE mikrostrukturer.

Det er også noen ulemper ved denne metoden. For det første tar det hele prosessen en forholdsvis lang tid. For å opprettholde cellekonfigurasjon, den første IP-L utviklingsprosessen (laget ved å dyppe sample i en oppløsningsmiddel-bad) blir utført i 2-proponal uten å åpne cellen. Fremkallingstiden avhenger således av cellestørrelsen og tykkelsen av gapet, og tar vanligvis 12 - 24 timer. Bytte IP-L rist med andre laserskrivbare mønstre, for eksempel laser-indusert ablasjon mønster og laser-indusert kjemisk modifisert overflate, kan resultere i LC innretting og i en stor reduksjon av fabrikasjon tid. For det andre er LCE en myk sak som alltid lider vedheft på glass underlaget. Lysindusert deformasjon er blitt undertrykt når mikrostrukturene feste på overflaten. For det tredje, er høyden av konstruksjonen begrenses av tykkelsen av cellen, og den objektive arbeidsavstanden. I laser skriftsystem, er den maksimale høyde er omkring 100 mikrometer. Nylig utviklet 3D-utskrift teknikker kan være en god kandidat for å skape lys aktiveres LCE struktur fra mesoskopisk til makroskopisk skala. Imidlertid, under opprettholdelse av molekylær orientering i løpet av polymeriseringen kunnevære den viktigste saken til bekymring.

Denne teknikken er unik fordi det mulig å oppnå 3D fritt format aktuatorer ved virkelig mikroskala, som ikke er mulig med andre eksisterende teknikker. LCE mikrostrukturer kan være mønstret med ulike molekylære orientering og funksjonalitet. Gjennomføring av en slik teknikk ved ytterligere kjemiteknikk, vil gjøre det mulig å gjøre aktuatorene følsom for andre stimuleringskilder, og vil åpne opp for å utvikle effektive microrobots og myke fotoniske enheter.

Acknowledgments

Den forskning som fører til disse resultatene har mottatt støtte fra European Research Council under EUs sjuende rammeprogram (FP7 / 2007-2013) / ERC tilskuddsavtalen n o [291349] på fotoniske mikro robotikk og fra IIT SEED prosjekt Microswim. Vi erkjenner også støtte av Ente Cassa di Risparmio di Firenze. Vi takker hele Optics av ​​komplekse systemer gruppe på LENS for tilbakemeldinger og diskusjoner.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Molecular: LC monomer SYNTHON Chemicals GmbH & Co. KG ST03866 ~78 mol% in the mixture
Molecular: LC crosslinker SYNTHON Chemicals GmbH & Co. KG ST03021 20 mol% in the mixture
Molecular: Azo dye Synthesis referring to Ref. 6 1 mol% in the mixture. Light sensitive component, can be excluded in the fabrication for heat driven actuators.
Molecular: Initiator Sigma Irgacure 369 1 - 2 mol% in the mixture
Spacer Thermo scientific Microsphere with diameter from 10 to 100 µm.
IP-L Nanoscribe GmbH
UV curing glue Homemade IP-L with 1 wt% initiator (Irgacure 369)
Microscope cover slide MENZEL-GLÄSER Diameter: 1 or 3 mm, Thickness: 0.16 - 0.19 mm
UV LED lamp Thorlabs M385L2-C4 Wavelength: 385 ± 10 nm
532 nm laser Shanghai Dream Lasers SDL-532-500T 500 mW laser
Direct Laser Writing system Nanoscribe GmbH
Hot plate Linkam Scientific Instruments Ltd. PE120 Temperature range: -20 to 120 °C
Microscope Zeiss Axio Observer A1 With crossed polarizers
Micro-manipulator Narishige MHW-3

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tanaka, Y., et al. Biological cells on microchips: New technologies and applications. Biosens. Bioelectron. 23, 449-458 (2007).
  2. Hierold, C., Jungen, A., Stampfer, C., Helbling, T. Nano electromechanical sensors based on carbon nanotubes. Sensor. Actuator. A-Phys. 136 (1), 51-61 (2007).
  3. van Oosten, C. L., Bastiaansen, C. W. M., Broer, D. J. Printed artificial cilia from liquid-crystal network actuators modularly driven by light. Nat. Mater. 8, 677-682 (2009).
  4. Ulijn, R. V., et al. Bioresponsive hydrogels. Mater. today. 10 (4), 40-48 (2007).
  5. Roy, D., Cambre, J. N., Sumerlin, B. S. Future perspectives and recent advances in stimuli-responsive materials. Prog. Polym. Sci. 35 (1-2), 278-301 (2010).
  6. Zeng, H., et al. High-Resolution 3D Direct Laser Writing for Liquid-Crystalline Elastomer Microstructures. Adv.Mater. 26 (15), 2319-2322 (2014).
  7. Ohm, C., Brehmer, M., Zentel, R. Liquid Crystalline Elastomers as Actuators and Sensors. Adv. Mater. 22 (31), 3366-3387 (2010).
  8. Zeng, H., et al. Alignment engineering in liquid crystalline elastomers: Free-form microstructures with multiple functionalities. Appl. Phys. Lett. 106 (11), 111902 (2015).
  9. Malinauskas, M., Farsari, M., Piskarskas, A., Juodkazis, S. Ultrafast laser nanostructuring of photopolymers: A decade of advances. Phys. Rep. 533 (1), 1-31 (2013).
  10. Liu, D., Bastiaansen, C. W. M., den Toonder, J. M. J., Broer, D. J. Photo-switchable surface topologies in chiral nematic coatings. Angew. Chem. Int. Edit. 51 (4), 892-896 (2012).
  11. Yang, H., et al. Micron-sized main-chain liquid crystalline elastomer actuators with ultralarge amplitude contractions. J. Am. Chem. Soc. 131 (41), 15000-15004 (2009).
  12. Yan, Z., et al. Light-switchable behavior of a microarray of azobenzene liquid crystal polymer induced by photodeformation. Macromol. Rapid Commun. 33 (16), 1362-1367 (2012).
  13. Liao, Y., et al. Alignment of liquid crystal molecules in a micro-cell fabricated by femtosecond laser. Chem. Phys. Lett. 498, 188-191 (2010).
  14. Zeng, H., et al. Light-fueled microscopic walkers. Adv. Mater. 27, 3883-3887 (2015).
  15. Flatae, A. M., et al. Optically controlled elastic microcavities. Light: Science & Applications. 4, 282 (2015).

Tags

Engineering Direct laserpåskriften flytende krystall elastomerer flytende krystall innretting fotolitografi 3D fabrikasjon microactuators mikrostrukturer smarte materialer lys drevet
Frihånds Lys Aktuatorer - Fabrikasjon og kontroll av aktivering i Mikroskopisk Scale
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zeng, H., Wasylczyk, P.,More

Zeng, H., Wasylczyk, P., Parmeggiani, C., Martella, D., Wiersma, D. S. Free-form Light Actuators — Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale. J. Vis. Exp. (111), e53744, doi:10.3791/53744 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter