In recent years, femtosecond laser two-photon polymerization technology has been widely used as a true three-dimensional machining method with nanometer precision to fabricate a variety of functional microstructures, which show broad application prospects in the fields of micro- and nano-optics, micro-sensors and micro-machine systems. However, it is still challenging to utilize femtosecond lasers to realize composite multi-material processing and further construct micro-nano-machines with multi-modalities. In view of this, Prof. Wu Dong's team at the Micro and Nano Engineering Laboratory of the University of Science and Technology of China (USTC) proposed a femtosecond laser two-in-one writing multi-material processing strategy to fabricate micromachined joints composed of temperature-sensitive hydrogels and metal nanoparticles, and subsequently developed multi-jointed humanoid micromachines with multiple deformation modes (>10). Verket ble publisert 17. juli under tittelen «Light-triggered multi-joint microactuator fabricated by two-in-one femtosecond laser writing» i Nature Communications.
Femtosekund laser to-i-ett prosesseringsstrategi inkluderer bruk av asymmetrisk to-foton polymerisering for å konstruere hydrogel ledd og laserreduksjon avsetning av sølv nanopartikler (Ag NPs) i lokaliserte områder av leddene. I dette tilfellet skaper asymmetrisk fotopolymerisering anisotropi i tverrbindingstettheten i det lokale området av hydrogel-mikrofugen, noe som til slutt muliggjør retnings- og vinkelkontrollerbare bøyedeformasjoner. In situ laserreduksjonsavsetning tillater presis prosessering av sølvnanopartikler på hydrogelledd, som har en sterk fototermisk konverteringseffekt, noe som gjør at modusbytte av multi-ledd mikromaskiner kan vise utmerkede egenskaper med ultrakort responstid (30 ms) og ultralav drivkraft (<10 mW).
Som et typisk eksempel ble åtte mikroledd integrert på en humanoid mikromaskin. Deretter brukes en romlig lysmodulasjonsteknikk for å oppnå en multifokal stråle i 3D-rom, som igjen stimulerer hvert mikroledd nøyaktig. Den synergistiske deformasjonen mellom flere ledd driver den humanoide mikromaskinen til å oppnå flere rekonfigurerbare deformasjonsmoduser. Til syvende og sist blir en "dansende mikrorobot" realisert på mikrometerskalaen.
Til slutt, som et proof-of-concept, ved å designe distribusjons- og deformasjonsretningen til mikroleddene, kan den to-leddede mikromanipulatoren samle flere mikropartikler i både isotropiske og anisotrope retninger. Som konklusjon kan femtosekund laser to-i-ett prosesseringsstrategien konstruere deformerbare mikroledd i de lokale regionene til forskjellige 3D-mikrostrukturer og realisere flere rekonfigurerbare deformasjonsmoduser. I fremtiden vil mikromanipulatorer med flere deformasjonsmoduser vise brede bruksmuligheter innen innsamling av mikrovarer, mikrofluidisk manipulasjon og cellemanipulasjon.
