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 (>dix). Le travail a été publié le 17 juillet sous le titre "Microactuateur multi-articulation déclenché par la lumière fabriqué par écriture laser femtoseconde deux en un" dans Nature Communications.
La stratégie de traitement deux-en-un au laser femtoseconde comprend l'utilisation de la polymérisation asymétrique à deux photons pour construire des joints d'hydrogel et le dépôt par réduction au laser de nanoparticules d'argent (Ag NP) dans des régions localisées des joints. Dans ce cas, la photopolymérisation asymétrique crée une anisotropie dans la densité de réticulation dans la région locale du micro-joint d'hydrogel, ce qui permet finalement des déformations de flexion contrôlables de manière directionnelle et angulaire. Le dépôt de réduction laser in situ permet un traitement précis des nanoparticules d'argent sur les joints d'hydrogel, qui ont un fort effet de conversion photothermique, permettant à la commutation de mode des micromachines multi-joints de présenter d'excellentes caractéristiques de temps de réponse ultra-court (30 ms) et ultra-faible puissance motrice (<10 mW).
A titre d'exemple typique, huit micro-articulations ont été intégrées sur une micromachine humanoïde. Par la suite, une technique de modulation spatiale de la lumière est utilisée pour obtenir un faisceau multifocal dans l'espace 3D, qui à son tour stimule précisément chaque microarticulation. La déformation synergique entre plusieurs articulations pousse la micromachine humanoïde à accomplir plusieurs modes de déformation reconfigurables. Au final, un "microrobot dansant" est réalisé à l'échelle du micromètre.
Enfin, en tant que preuve de concept, en concevant la direction de distribution et de déformation des micro-joints, le micromanipulateur à deux articulations peut collecter plusieurs micro-particules dans les directions isotrope et anisotrope. En conclusion, la stratégie de traitement laser femtoseconde deux en un peut construire des micro-joints déformables dans les régions locales de diverses microstructures 3D et réaliser plusieurs modes de déformation reconfigurables. À l'avenir, les micromanipulateurs à modes de déformation multiples présenteront de larges perspectives d'application dans la collecte de microbiens, la manipulation microfluidique et la manipulation cellulaire.
