新しい研究で多関節マイクロマシンのフェムト秒レーザー加工が実現

中国科学技術大学（USTC）のマイクロ・ナノ工学実験室の教授であるウー・ドン氏のチームは、マルチマテリアルの書き込みにおけるフェムト秒レーザーの加工戦略を提案しました。2-{{1}は、温度感受性ヒドロゲルと金属ナノ粒子からなるマイクロメカニカルジョイントを作製し、その後、複数の変形モードを備えた多関節人型マイクロマシンを開発しました（＞10）。 関連する研究結果は Nature Communications に掲載されています。
近年、フェムト秒レーザー二光子重合技術は、ナノメートル精度の真の三次元加工法として、さまざまな機能を持った微細構造体の作製に広く用いられています。 これらの微細構造は、マイクロおよびナノ光学、マイクロセンサー、マイクロマシンシステムの分野で有望な用途を示しています。 しかし、フェムト秒レーザーによる複合材料加工の実現や、マルチモダリティを備えたマイクロ・ナノマシンの構築は依然として困難です。
フェムト秒レーザーのツーインワン加工戦略には、非対称二光子重合を使用したヒドロゲル接合部の構築と、接合部の局所領域での銀ナノ粒子のレーザー還元堆積が含まれます。 特に、非対称光重合により、ヒドロゲルマイクロジョイントの局所領域の架橋密度に異方性が生じ、最終的には方向および角度の制御可能な曲げ変形が可能になります。 in situ レーザー還元蒸着により、ヒドロゲル接合部上で銀ナノ粒子を正確に処理できます。 この銀ナノ粒子は強力な光熱変換効果を持ち、多関節マイクロマシンのモード切り替えを超短い応答時間（30ms）と超低駆動電力で実現します（<10 mW).
典型的な例として、人型マイクロマシンに 8 つのマイクロジョイントが組み込まれています。 次に研究者らは、空間光変調を利用して 3D 空間で多焦点ビームを実現し、これにより各微小関節が正確に刺激されました。 複数の関節間の相乗的な変形により、人型マイクロマシンは複数の再構成可能な変形モードを実行するようになりました。 最終的には、人型マイクロマシンはマイクロメートルスケールで「ダンス」します。
概念実証では、二関節マイクロマニピュレーターは、マイクロジョイントの分布と変形方向を設計することで、同じ方向および異なる方向に複数の微粒子を収集することができます。 要約すると、フェムト秒レーザーツーインワン加工戦略は、さまざまな 3D 微細構造の局所領域に変形可能なマイクロジョイントを構築でき、複数の再構成可能な変形モードを実現します。
研究者らによると、複数の変形モードを備えたマイクロマニピュレーターは、マイクログッズ収集、マイクロ流体操作、細胞操作において有望な用途を示すだろう。