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). Praca została opublikowana 17 lipca pod tytułem „Mikroaktywator wieloprzegubowy wyzwalany światłem, wyprodukowany przez femtosekundowe pisanie laserowe dwa w jednym” w Nature Communications.
Strategia przetwarzania „dwa w jednym” lasera femtosekundowego obejmuje wykorzystanie asymetrycznej polimeryzacji dwufotonowej do konstruowania połączeń hydrożelowych oraz laserowe osadzanie nanocząstek srebra (Ag NP) w zlokalizowanych obszarach stawów. W tym przypadku asymetryczna fotopolimeryzacja tworzy anizotropię w gęstości usieciowania w lokalnym obszarze mikropołączenia hydrożelowego, co ostatecznie pozwala na kontrolowane kierunkowo i kątowo odkształcenia zginające. Laserowe osadzanie redukujące in situ umożliwia precyzyjną obróbkę nanocząstek srebra na złączach hydrożelowych, które mają silny efekt konwersji fototermicznej, umożliwiając przełączanie trybów wielostawowych mikromaszyn w celu uzyskania doskonałych właściwości ultrakrótkiego czasu reakcji (30 ms) i ultra-niskiego siła napędowa (<10 mW).
Jako typowy przykład, osiem mikropołączenia zostało zintegrowanych z humanoidalną mikromaszyną. Następnie wykorzystuje się technikę przestrzennej modulacji światła, aby uzyskać wieloogniskową wiązkę w przestrzeni 3D, która z kolei precyzyjnie stymuluje każde mikropołączenie. Synergiczna deformacja między wieloma stawami napędza humanoidalną mikromaszynę do realizacji wielu rekonfigurowalnych trybów deformacji. Ostatecznie „tańczący mikrorobot” jest realizowany w skali mikrometra.
Wreszcie, jako dowód słuszności koncepcji, poprzez zaprojektowanie kierunku rozmieszczenia i odkształcenia mikropołączeń, dwuprzegubowy mikromanipulator może zbierać wiele mikrocząstek zarówno w kierunku izotropowym, jak i anizotropowym. Podsumowując, strategia przetwarzania „dwa w jednym” lasera femtosekundowego może konstruować odkształcalne mikropołączenia w lokalnych regionach różnych mikrostruktur 3D i realizować wiele rekonfigurowalnych trybów deformacji. W przyszłości mikromanipulatory z wieloma trybami deformacji pokażą szerokie perspektywy zastosowania w zbieraniu mikrotowarów, manipulacji mikroprzepływami i manipulacji komórkami.
