Yöntem makalesi

Serbest biçimli Işık Aktüatörler - Mikroskobik Ölçeğinde imalat ve çalıştırma Kontrolü

DOI:

10.3791/53744

⸱

25 Mayıs 2016

 ,  ,  ,  , 
1European Labratory for Non-Linear Spectroscopy, University of Florence, 2Institute of Experimental Physics, Faculty of Physics, University of Warsaw, 3CNR-INO, 4Chemistry Department, University of Florence

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada, hem şeklin hem de moleküler hizalamanın doğrudan lazer yazma kullanılarak nanometre ölçeğinde doğrulukla tasarlanabildiği 3D polimerik mikro/nano yapılar üretiyoruz. Çeşitli sıvı kristal elastomer mikro yapılarının ışık kaynaklı deformasyonu mikroskobik ölçekte kontrol edilebilir.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sıvı kristal elastomerler (LCEs) dış uyaranlara tepki olarak geri dönüşümlü şekil değişikliği yapabilen akıllı malzemeler ve birçok alanda araştırmacıların ilgisini çekmiştir. Çalışmaların çoğu makroskopik LCE yapılarda (film, lifler) odaklanmış ve minyatür henüz emekleme aşamasında olduğunu. Son zamanlarda, litografi teknikleri geliştirilmiştir, örneğin., Maske maruz kalma ve çoğaltma kalıp, sadece LCE ince filmler üzerinde 2B yapılar oluşturmak için izin verir. Doğrudan lazer yazma (DLW) mikroskopik ölçekte gerçekten 3D imalat erişimi açar. Ancak, aynı uzunlukta ölçekte harekete topoloji ve dinamiklerini kontrol eden bir sorun olmaya devam etmektedir.

Bu yazıda keyfi üç boyutlu şeklin LCE mikroyapısında sıvı kristal (LC) moleküler hizalama kontrol etmek için bir yöntem rapor. Bu LCE yapıları hem de doğrudan lazer yazılı bir kombinasyonu ile de indükleyici micrograting kalıpları için mümkün olduYerel LC hizalama. Izgara desen çeşitli tipleri, daha sonra LCE yapılarına desenli farklı LC saflaşma tanıtmak için kullanılmıştır. Bu protokol, böylece birden fazla işlevleri yeteneğine sahip olmanın, bir çoklu opto-mekanik tahriki gerçekleştirmek mümkün tasarlanmış hizalanmalar ile LCE mikro elde etmesini sağlar. Uygulamalar ayarlanabilir fotonik, mikro-robotik, laboratuvar-on-chip teknolojisi ve diğerleri alanlarında öngörülebilir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mikrouyarıcılar başka bir mekanizma veya sistemin işletimi için harici enerji iletimi mikroskobik yapılardır. Kompakt boyutu ve uzaktan kumanda yeteneği, yaygın laboratuar-on-chip sistemleri 1, 2 mikro-algılama ve mikro robotik 3 kullanılmaktadır. Bugüne kadar mevcut aktüatörler gibi dış alanı ile tek yönde 5 bükme bir hidrojel matriks 4 şişlik / çöküşü, daralma / sadece basit eylemleri gerçekleştirebilirsiniz. Son zamanlarda geliştirilen teknikler mikroskopik ölçekli tahrik yapıları 6 imal etmek için etkin olmasına rağmen, aynı uzunlukta ölçekte bu actuations kontrol etmek için büyük bir meydan okuma hala. Bu yazıda 3D ışık kontrol tahrik özelliklere sahip mikro aktive hazırlamak için bir yöntem bildirir. teknik, doğrudan lazer yazı (DLW) temel alan ve sıvı kristalin elastomerleri (LCEs) 'de gösterilmiştir.

LCEs sof vardırelastomer ve sıvı kristal yönelimi özelliğini penye t polimerleri. Dış stimuli 7 çeşitli altında - (% 400 20), bu malzemeler, büyük deformasyon yeteneğine sahiptir. Mikro aktuatörler için LCEs kullanmanın avantajı mikroskopik ölçekte 8 geçirilmesini kontrol etmek için izin verir yapılarda mühendislik moleküler düzen kolaylık olduğunu. LC monomerler tek adımlı foto-polimerizasyonu sağlayan akrilat kısımla sentezlenir. Bu özellik 3D mikro yapıların imalatı için litografik teknikler farklı türde erişim sağlar. verilmedi yanıt moleküller olarak azo boyalar ko-polimerizasyon işleminde, polimer ağına bağlanır. Bu tür moleküller ışık kontrollü deformasyon karşılayabilme sistemin ışık kaynaklı ısıtma ile (sis izomerleştirme trans) güçlü ışık tepki yeteneği birleştirir.

DLW ışığa Materi polimer yapıları elde etmek için kullanılan bir tekniktirodaklanmış bir lazer ışın demeti 9 uzamsal kontrolü ile diğ. DLW moleküler uyum 6 kaybetmeden LCE 3D serbest form yapıları oluşturulmasını sağlar. LCE mikro aktuatörler imalatında DLW çeşitli avantajları vardır. İlk olarak, çözünürlük mikron altı ölçek ulaşabilir ve yapılar 6 gerçekten 3D bulunmaktadır. Önceden bildirilen LCE mikro üretim yöntemleri, örneğin., Yaklaşık 10 mikron ve sadece aşağı çözünürlüğü sağlanan maskeli maruz kalma 10 ve 11 kalıplama çoğaltma, 2D geometriye sahiptir. İkinci olarak, DLW temassız bir üretim sürecidir. Uygun bir çözücü tasarlanmış yapılandırmayı sürdürmek yüksek kaliteli yapılar gelişebilir. Replika döküm tekniği nadiren alt mikron çözünürlüğü 12 verir ve yapısal kalite kontrol etmek zordur. Üçüncü olarak, lazer yazma mikroskobik ölçekte 8,13 yerel LC yönlendirme için çok yönlü seçenekler sunar. LC oryantasyon teknikleri çeşitli türleri arasında, sürtünme mos olduğunuLC molekülleri yönlendirmek için etkili bir yol t yaygın LCE ince filmin hazırlanmasında kullanılmıştır. Bu genellikle LC monomer infiltre bir hücrenin iç yüzeyleri üzerinde Mikroyivlerin oluşturmak için polimer tabakaları sürtünme ile elde edilmiştir. Nedeniyle yüzey demirleme etkisi, bu tür microgrooves oluk yönünde LC molekülünü yönlendirmek mümkün. DLW çok daha yüksek doğruluk ile önceden tasarlanmış yönde seçilen bölgeye bu mikro oluklarda doğrudan fabrikasyon sağlar. Tüm bu özellikler, DLW imalat ve mikroskopik ölçekte harekete kontrolü için mükemmel bir özgün tekniği tercih.

DLW dayanarak, LCE mikroyapılar farklı moleküler yönelimleri ile desenli olabilir. Tek bir LCE yapısı içinde bileşik hizalama, çok fonksiyonlu actuations mümkün olmaktadır. yöntem, LC monomer karışımının her türlü LCE mikro aktuatörler imalatı için de kullanılabilir. başka kimyasal ürünler olarak, bunu yapmak mümkündürdiğer uyarıcı kaynaklarına duyarlı aktüatörler, örneğin., nem ya da farklı dalga boyunda aydınlatma.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Not: Bu protokol, üç adımları içerir: LC moleküler oryantasyon için hazırlık ızgarası, IP-L, LCE ve hafif harekete karakterizasyonu DLW. Mikro manipülasyon sistemi, Şekil 5'te gösterilmektedir ise doğrudan lazer yazma sistemi şematik, Şekil 1 'de gösterilmiştir.

1. IP-L Izgara Kalıp Hazırlama

  1. bir mikroskop kapak slayt (3 cm çapında) dışarı atın ve aseton kullanılarak lens dokuları ile temizleyiniz.
  2. yaklaşık 0.5 cm uzakta kendi merkezine cam slayt 3 farklı noktalarda metal ucu yardımı ile bazı ara parçaları (cam mikroküreler) yerleştirin.
  3. burçlarının üstüne başka mikroskop lamı (çapı 1 cm) yerleştirin. Üst cam slayt üstüne hafifçe basmak için bir ucu kullanın.
  4. sırasıyla üst camın sınır üç farklı noktalarda UV ile sertleşen yapıştırıcı bir damla (yaklaşık 2 | il) yerleştirin.
  5. tutkal çok int nüfuz önceboşluk o tutkal katılaşmaya UV ışığı kullanın. Hücre artık oluşturulur.
  6. bir pipet kullanılarak hücrenin sınırında, IP-L reçine bir damla (yaklaşık 10 ul) yerleştirin. Sıvı hücrenin tüm alana sızmış kadar birkaç dakika bekleyin.
  7. numune tutucu üzerinde hücreyi düzeltmek ve doğrudan lazer yazma sistemi içine yerleştirmek için tutkal kullanın.
  8. Bir 100X objektif seçin ve bu yüzey üzerinde eğim düzeltme ardından üst iç yüzeyinde arayüzü bulmak.
  9. sırasıyla bir lazer gücü 6 mW bir tarama hızı ile 60 mm / saniye ile tasarlanmış bir IP-L rendeleme desen yapıları Yazın. Izgara desenler IP L eğri veya düz çizgiler ile yapılır.
  10. Tekrarlayın 1.8 ve alt iç yüzeyinde 1.9 adımları.
  11. hücreyi dışarı atın ve 12, hücre açmadan 2-propanol banyosunda örnek batırmak - 24 saat.
  12. çözücü maddeden hücreyi dışarı atın ve 10 sıcak plaka (50 ° C) üzerinde kurutun - 20 dakika.

2. LCE Mikroyapı İmalatı

  1. dengesine Tedbir ~ 300 mg monomer karışımı. Tablo 1 'de moleküler bileşim bakınız.
  2. Bir cam şişe içinde hazırlanmış karışım koyun ve 70 sıcak bir plaka seti üzerine koydu - 80 ° C.
  3. Tüm toz eriyiklerin kadar bekleyin Bir manyetik karıştırıcı ekleyin ve 1 st için karışımın karışımı (90-150 rpm).
  4. 60 ° C 'de sıcak bir plaka üzerinde hücre yerleştirin.
  5. Daha küçük bir cam slayt kenarında karışımdan bir damla (yaklaşık 20 ul) yerleştirin ve sıvı hücreye infiltratlar kadar bekleyin.
  6. bir çapraz polarize ve sıcaklık kontrolörü ile optik mikroskop hücre aktarın. Aktarım sırasında karanlıkta her şeyi tutun ve UV filtre aydınlatma lambasının önce turuncu bir filtre koymak.
  7. daha sonra sıcaklığı azaltmak, mikroskop, bir sıcaklık kontrol cihazı kullanılarak 60 ° C üzerinde bir hücrenin sıcaklığı, artış (2 - dakika başına 10 ° C), LC fazı için sıcaklık aralığını ölçmek için. Farklı moleküler bileşim ile bir karışımı, farklı bir LC fazı sıcaklığına sahiptir. İyi bir homojen nematik LC faz polarize eksenine göre her 45 ° örnek dönerken görüntü kontrastı inversiyon gözlemleyerek tarafından kabul edilebilir.
  8. , Numune tutucu üzerinde hücreyi Fix DLW sistemi içine yerleştirin ve LC fazını ulaşmak için sıcaklığı ayarlamak (adım 2.7 olarak ölçülen).
  9. alt iç yüzeyinde arayüzü bulmak ve arayüz bulmadan 100X objektif veya 10X objektif kullanılarak eğim düzeltme gerçekleştirin.
  10. 100X amacı ile daha düşük bir cam slayt, bir lazer gücü ve 4 mW bir tarama hızı ile 60 mm / sn DLW'ye kullanılarak LCE yapıları yaz. Aksi takdirde, (LCE yapısı tüm numune kalınlığı boyunca imal edilir) 10X objektif kullanarak bir lazer gücü ve 14 mW bir tarama hızı ile 60 mm / saniye ile kullanmak.
  11. hücreyi dışarı atın ve bir bıçak kullanınÜst cam slayt kaldırarak hücreyi açın.
  12. 5 dakika süreyle toluen banyosunda yapıları bırakın.
  13. 10 dakika boyunca hava içinde örnek, kuru çıkar.

LCE Microstructures Işık aktüatör 3. Karakterizasyonu

  1. optik mikroskop (20X) içinde örnek yerleştirin ve bir lazer ışını odak - yapıları üzerinde 10X objektif ile (CW, 532 nm, 50 500 mW).
  2. optik mikroskop CMOS kamera (kare hızı 25.8 fps) ışık kaynaklı deformasyon gözlemleyin.
  3. LCE mikroyapılarından yakın bir konumda cam ucu koymak için mikro manipülasyon sistemi (Şekil 5) manuel olarak kontrol kullanın.
  4. yapı (ışık emme nedeniyle) LCE sıcaklığını arttırmak ve böylece yumuşatmak amacıyla, düşük güç (~ 20 mW) de lazer açınız.
  5. bir LCE mikroyapı almak için bir cam ucu kullanın ve havada tutun. Bu işlem, cam yüzeyinden yapışmasını önlemek için gereklidir.
  6. şarap fıçısıyüksek güç (> 100 mW) için lazer e ve LCE yapısı deforme gözlemleyin.
  7. mikroskop kamera ile ışık kaynaklı deformasyon kaydedin.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şekil 1 lazer yazma optik set up gösterir. Sistem 100 MHz tekrarlama oranı 130 FSEC darbe üreten bir 780 nm fiber lazer oluşur. Lazer ışını bu numune içine odaklanmış optik mikroskop objektif diyafram kiriş profili ayarlamak için bir teleskop içine yansır. Mikroskop, 3D piezo sahne 2 nm çözünürlükte 100 mm / sn maksimum hız ile örnek çeviri için 300 × 300 × 300 mikron 3 seyahat aralığı ile yüklenir. görüntü aynı amaca göre dibinde toplanır ve bir CCD kamera bir ışın ayırıcı yansıyan ise kırmızı lambadan doğrusal polarize ışık, üstten örnek aydınlatır. kamera önce, başka bir polarize kontrastlı çapraz polarize aydınlatma elde etmek için kullanılır.

Şekil 2, tarama Elec gösterirlazer tron ​​mikroskobu (SEM) görüntüleri, IP-L micrograting desenleri (Adım 1) Yazılı. olukların (yukarıdan Valley) yüksekliği yaklaşık 700 nm iken, 1,200 nm - kanal mesafesi 400 aralığındadır. farklı yönlerde olan Izgara desen LCE elemanının arzu edilen harekete bağlı olarak, farklı bir LC hizalanmalar neden olabilir.

Şekil 3 IP-L ızgara desenleri (2.7 Adım) tarafından uyarılan LC monomer yönünü gösterir. İlk olarak, 100 x 100 um 2 boyutu olan mikro ızgara deseni dört çeşit her biri bir cam hücresi (şematik olarak Şekil 3a'da gösterilen) karşılıklı yanları üzerinde imal edildi. Nedeniyle yüzey demirlemesi, sızmış LC monomerler böylece polarize optik mikroskop (POM) görüntü (Şekil 3b) 45 ° kontrast inversiyon sergileyen, ızgara çizgileri yönü ile birlikte yönlendirilmiş edilmiştir.

Şekil 4 farklı yönde (Adım 2.10) IP-L ızgara ağlarda fabrikasyon bir LCE nano nokta / çizgi SEM görüntüleri gösterir. ızgara ağ içinde, LCE yapıları daha toluen içinde gelişmesine çok daha yüksek direnç, sınırlı olur. bağlantısız LCE minimum genişlik ızgara deseni olmayan DLW kararı ile tutarlıdır ~ 300 nm olarak ölçülmüştür edilmiştir. Fotonik uygulamaları için başka ilginç bir yaklaşım. Büyük ölçekli periyodik yapının gerçekleştirilmesi olmak 4 Şekil olabilir (c, d) 2D LCE mikro-ızgara ağı içinde periyodik yapılar gösterir. Şekil 4, yerleştirilmiş POM resimlerde gösterildiği gibi hizalama de, bu nano-içinde korunur (c, d). Ancak, ışık kaynaklı deformasyon bu nanoyapılardaki elde edilememiştir. IP-L ızgara içinde, nano-LCE elemanları yüksek sınırlı ve yapışma görünür bir deformasyonu önler edilmiş olmasıdır.

Mikro manipülasyon sistemi ev yapımı yansıyan mikroskop dayalıdır ve Şekil şematik olarak gösterilmiştir 5. 10X objektif dikey duran bir optik breadboard yerleştirilen bir lensi boru üzerine monte edilmiştir. A 730 nm IR LED ışık kaynağı olmayan bir polarize ışın ayırıcı ile aydınlatma için kullanılır. yansıyan görüntü aynı amaca tarafından toplanan ve kameraya tahmin edilmektedir. Sürekli katı hal 532 nm lazer 45 ° 'lik bir insidans açıyla uzun bir pas dikroik ayna (% 50 iletim ve 567 nm'de yansıma) tarafından objektif olarak birleştirilmiştir. Bir güç ölçer, lazer gücünün gerçek zamanlı tespiti için dikroik ayna sonra iletilen ışın ölçer. 150 mikron çaplı ~ A gevşek odaklanmış lazer nokta ~ 10 W / mm 2 maksimum aydınlatma yoğunluğunu oluşturur. Lazer yoğunluğu lazer önüne yerleştirilen bir değişken nötral yoğunluk filtresi tarafından kontrol edilir. objektif Aşağıda, 3D manuel translation aşamalı örnek çeviri için kullanılır. yapıldı aşaması yüklü bir ısıtma aşaması 0.5 ° C doğruluğu olan 120 ° C ile -20 arasında bir aralıkta numune sıcaklığının hassas kontrolü için kullanılır. İki manuel çeviri aşamaları üzerine monte iki cam ipuçları örnek konumuna yakın, sol ve sağ tarafta konulmuştur. Yapı mikro manipülasyon dikkatle çeviri aşamaları yardımıyla ipuçları hareket ettirerek gerçekleştirilebilir.

hizalama ve deformasyon korelasyon göstermek için, 60 mikron çapında ve 20 mm yüksekliğinde dört LCE silindirik yapıları imal. Bu silindirler dört farklı odaklı IP-L ızgara bölgeler (1 mikron dönemi) yazılıdır. ışık uyarma altında, LCE içindeki boyalar ışık enerjisini absorbe ve ağ içine aktarın. LCE yapıları kadar ısıtılır ve daha sonra (izotropik için nematik) faz geçiş uğratılırlar. Böyle bir faz geçişi de yardımcı oluyorAynı ışık uyaranlara altında boya sis izomerizasyonu trans tarafından. Böylece, yapıların orijinal LC hizalama yönetmen boyunca sözleşme ve dik yönde 7 genişletin. Şekil 6 (3.1 adım) 'de gösterildiği gibi, bir IP-L ızgaralar neden olduğu farklı bir lokal dizileri bağlı olarak, bu yapılar, farklı yönleri boyunca deforme olurlar.

Bu teknik, tek bir yapıda uyum birden fazla türde ihtiva bileşik aktüatörler, oluşturulmasını sağlar. Şematik olarak, Şekil 7'de gösterildiği gibi hizalama deseni iki bölümü olan bir 400 x 40 x 20 um 3 boyutlu LCE şerit, imal edilmiştir: (a). Bu hizalama bölümler farklı bir yönde her bir 90 ° bükülmüş yönünü içerir. Paralel hizalama sözleşme ile yüzey, dik hizalama ile bir ışık aydınlatması altında büyürken. yapısı pi olmuşturmikromanipülasyon sistemi tarafından cked ve bir cam ucu ile hava yapıldı. Çift eğilme ışık aydınlatması (Adım 3.3) altında gözlendi. (Optik kıyıcı kullanarak) bir modüle lazer ışını döngüsel deformasyonları neden olabilir. LCE lazer modülasyon frekansı (> 1k Hz) Aşağıdaki yanıt verebilir. Bununla birlikte, deformasyon amplitüdü frekansı 14 artması ile azalmaktadır.

figure-results-1
Şekil 1: Optik Doğrudan Lazer Yazma Kurma bir 780 nm lazer ışını (130 FSEC nabız, 100 MHz tekrarlama oranı) mikroskop içine bağlanmış ve numune içine bir optik mikroskop objektif ile odaklanmıştır.. 300 × 300 × 300 mikron 3 seyahat aralığına sahip bir 3D piezo sahne lazer pozlama sırasında numune çeviri için kullanılır. A la görmek için buraya tıklayınız Bu rakamın rger sürümü.

figure-results-2
Şekil 2:. IP-L Mikro ızgaralar SEM görüntüleri a) Tek yönlü paralel hat yapısı. b) Radyal ızgara deseni. Ölçek çubuğu:. 10 mikron bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-3
Şekil 3:. LC yönelimi için tasarlanmış mikro ızgara desen IP-L LC Oryantasyon øndükle Mikro ızgara a) şematik. micrograting desenleri ile oluşturulan LC oryantasyon b) POM görüntüsü. Ölçek çubuğu 50 mm. Kırmızı renk ise foto-polimerizasyonu engelleyen filtre etmektir.ge.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-4
Şekil 4:. LCE nanodots ızgara ağı içinde imal ederken, IP-L Izgara ağları içinde gömülü LCE Nanoyapıların SEM görüntüleri a) ve b) iki mikro ızgara kalıplar, farklı yönleri boyunca DLW'ye ile imal edilmiştir. c) ve d) Periyodik LCE nano yapılar, IP-L ızgaralar aynı tip içinde gömülü. Insets yapıların POM görüntü vardır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-5
Şekil 5:. Mikromanipülasyon Kur şematik bir CW katı hal 532 nm lazer bir içine bağlanır ev yapımı mikroskop sistemi. Bir 10X Amaç görüntüleme ve uyarma için 532 nm lazer odaklama için kullanılır. Cam ucu manipülatörler ile donatılmış iki adet elle çeviri aşamaları örnek mikro manipülasyon için kullanılır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-6
Şekil 6: Dört Farklı IP-L Micrograting Bölgeleri Hakkında LCE Mikro silindir Işık uyarılı Farklı Yönelimler dört farklı odaklı mikro ızgara bölgelerde yazılı 60 mikron çapında ve 20 mm yüksekliğinde) Dört LCE silindirik yapılar.. Bir 532 nm lazer radyasyonu (-2 10 W mm) maruz kaldığında b) LCE silindirler) ızgara kaynaklı hizalanmalarda bağlı olarak farklı eksenler (boyunca deforme. Ölçek çubuğu: 100 mikron.les / ftp_upload / 53744 / 53744fig6large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-7
Şekil 7: çok sayıda moleküler Alignments ile LCE mikro yapıların ışık kaynaklı deformasyon tek LCE şerit ters 90 ° bükülmüş hizalanmalar iki bölümden a) şematik.. b) ve c) 532 nm lazer aydınlatma (3 G mm altında ters yönde eğilme 400 mikron uzunluğunda LCE şerit optik görüntü -2) 8. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

IP-L mikro ızgara yönlendirme tekniği sıvı kristal monomerlerin yönlendirmek için DLW ile entegre edilmiştir. Daha sonra lazer yazılı LCE mikro yapılar da mikro ölçekte tasarlanmış uyum desenli olabilir. Bu teknik bize birden fazla işlevleri destekler bileşik LCE öğeleri oluşturmanıza olanak sağlar. Doğru 3D mikro ve çalıştırma kontrolünü oluşturmak için olağanüstü yeteneği ile, bu teknik elastomer esaslı mikroskobik robotlar 14 oluşturmak için kullanılacak ve ışık ayarlanabilir cihazların 15 elde edilmesi için yeni stratejiler bir bolluk açmak için bekliyoruz.

hazırlık iki kritik adım vardır. İlk bir hücrenin iki bardak sıkı (adım 1.4, 1.5) yapıştırılmış olmasıdır. UV yapıştırıcı gelişimi esnasında hücre geometrisi stabilitesini korur: diğerine göre hücrenin cam hareketinin bir kötü uyum ile sonuçlanırLCE. İkincisi, LCE yapısı yazma sırasında lazer yazma hızı 100X amacı seçilmiş ise mümkün olduğunca yüksek olmalıdır. Nedeniyle lazer yazma işlemi sırasında LCE güçlü şişlik, kabartılmış yapı böylece fabrikasyon aktüatör kalitesini etkileyen, tasarlanmış konumu dışında hareket olacaktır.

Bazı durumlarda, ışık kaynaklı şekil değiştirebilirlik yapılarında bozulmaya görülmektedir. Bu yüksek aydınlatma yoğunluğu altında boya ağartma nedeniyle olabilir. Boya molekülleri kapatıldıktan sonra, LCE yapı, saydam ortam olarak davranan ve ışık emme / ışığın neden olduğu deformasyon bastırılır. Daha düşük lazer gücü LCE mikro yapıların çalıştırılması için daha güvenli olacaktır.

Bu yöntemin bazı dezavantajları da vardır. İlk olarak, tüm işlem, nispeten uzun bir zaman alır. samp daldırarak yapılan hücre yapılandırması, ilk IP-L gelişim sürecini (sürdürülebilmesi içinBir solvent banyosuna le) hücre açmadan 2-proponal içinde gerçekleştirilmektedir. Gelişmekte olan zamanı ve böylece hücre boyutu ve boşluğun kalınlığına bağlıdır ve genellikle 12 - 24 saat. lazer kaynaklı ablasyon desen ve lazer kaynaklı kimyasal olarak modifiye edilmiş bir yüzey gibi diğer lazer yazılabilir desenleri ile ızgara IP L değiştirilmesi LC hizada ve üretim zaman büyük azalma ile sonuçlanabilir. İkincisi, LCE daima cam yüzeye yapışmayı uğrar yumuşak bir konudur. mikroyapıları yüzeye sopa ışık kaynaklı deformasyon bastırıldı. Üçüncü olarak, yapı yüksekliği hücre kalınlığı ve objektif bir çalışma mesafesi ile sınırlıdır. Lazer yazı sisteminde, maksimum yükseklik yaklaşık 100 mm. Son zamanlarda geliştirilen 3D baskı teknikleri makroskobik ölçekte mezoskopik ışık çalıştırılan LCE yapısını oluşturmak için iyi bir aday olabilir. Bununla birlikte, polimerizasyon sırasındaki moleküler oryantasyon muhafaza olabilirendişe ana konu olarak.

bir diğer mevcut tekniklerle mümkün olmadığı, gerçekten mikro 3D serbest form aktüatörler elde etmek için izin verir, çünkü bu yöntem tektir. LCE mikroyapılar farklı moleküler yönelimleri ve işlevleri ile desenli olabilir. Daha fazla kimya mühendisliği ile bu tekniğin uygulanması, diğer uyarıcı kaynaklarına aktüatörler duyarlı hale sağlayacak ve verimli mikro robotlar ve yumuşak fotonik aygıtların geliştirilmesi için açılacaktır.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu sonuçlara önde gelen araştırma Avrupa Birliği'nin Yedinci Çerçeve Programı (/ 2007-2013 FP7) kapsamında, Avrupa Araştırma Konseyi fon aldı / fotonik mikro robotik ve İİT TOHUM projesi Microswim gelen ERC hibe anlaşması n o [291349]. Biz de Ente Cassa di risparmio di Firenze destek için minnettarım. Biz geribildirim ve tartışmalar için LENS de Karmaşık Sistemler grubunun tüm Optics teşekkür ederim.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Moleküler: LC monomerSYNTHON Chemicals GmbH & Co. KGKarışımda ST03866~%78 mol
Moleküler: LC çapraz bağlayıcıSYNTHON Chemicals GmbH & Co. KGST03021Karışımda %20 mol
Moleküler: Azo boyaSentezi, Ref. 6Karışımda %1 mol. Işığa duyarlı bileşen, ısı tahrikli aktüatörler için imalatta hariç tutulabilir.
Moleküler: BaşlatıcıSigmaIrgacure 3691 - 2 mol karışımında 10
ila 100 &mikro;m çapındaSpacerThermo scientific
IP-LNanoscribe GmbH
UV kürleme tutkalıAğırlıkça%1 başlatıcılı ev yapımı IP-L (Irgacure 369)
SERÇap: 1 veya 3 mm, Kalınlık: 0,16 - 0,19 mm
UV LED lambaThorlabsM385L2-C4Dalga boyu: 385 &# 177; 10 nm
532 nm lazerŞangay Rüyası LazerlerSDL-532-500T500 mW lazer
Doğrudan Lazer Yazma sistemiNanoscribe GmbH
Sıcak plakaLinkam Scientific Instruments Ltd.PE120Sıcaklık aralığı: -20 ila 120 ° C; C
MikroskopZeissAxio Gözlemci A1Çapraz polarizörlü
Mikro manipülatörNarishigeMHW-3
Microsphere.Mikroskop kapak lamı MENZEL-GLÄ

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

S v Kristal ElastomerlerDo rudan Lazer Yaz mMikroyap retimiLC Hizalama KontrolOptomekanik AktivasyonIzgara DesenlemeS cakl k KontrolUV K rlemeFaz Ge i i

İlgili makaleler