我们描述的图案化和可重构的粒子从二维(2D)的前体的合成的实验细节。这个方法可以用于创建粒子的各种形状,包括多面体和把持装置在长度尺度范围从微至厘米级。
有许多技术,如光刻,电子束光刻和软光刻技术,可用于精确地图案的二维(2D)结构。这些技术是成熟的,具有较高的精度,其中许多人在高通量的方式可以实现。我们利用平面的光刻技术的优点和将它们与自我折叠方法1-20来自表面张力或残余应力,其特征在于,物理力是三维(3D)结构用于曲线或折叠的平面结构的成。在这样做时,我们有可能大规模生产正是图案的静态和可重配置的粒子,具有挑战性的合成。
在本文中,我们详细的可视化实验的协议来创建图案的颗粒,值得注意的是,(一)永久地粘合,中空,多面体,自组装和自密封最大限度地减少液化铰链的表面能21-23及(b)夹持器,自倍由于残余应力供电铰链24,25。描述的特定的协议可以被用来建立与整体尺寸范围从微米到厘米的长度尺度颗粒。另外,任意的模式可以被定义的表面上的颗粒胶体科学,电子,光学和医学中的重要性。更一般地,与自密封铰链的自组装的机械刚性粒子的概念,是适用的,与某些过程的修改,在更小的颗粒的创建,100nm的长度尺度22,26和与范围的材料,包括金属21 ,半导体和聚合物27。我们的特定的协议使用对于残余应力供电可重构把持装置的致动,利用铬铰链的尺寸范围从100微米至2.5毫米的设备相关。然而,更一般地,这种系绳无残余应力的概念供电致动可用于如异质外延淀积的半导体膜5,7交替的高压力的材料,有可能创建更小纳米把持设备。
我们的折纸启发的组装过程是多用途的,可用于合成各种3D静态和可重构的范围广泛的材料,形状和尺寸的颗粒与。另外,精确地图案传感器和电子模块的这些颗粒的能力是重要的光学和电子学。这种方法以斑片状颗粒形成的替代方法,其中图案是相对不精确相反,提供了一种手段,合成精确图案化的颗粒。在基于表面张力的组件,液化密封铰链的使用确保颗粒以及密封和机械刚性组装后(冷却时)。在此之前,我们已经观察到的接缝防漏的小分子39,40。在装配后的Au层的薄的电沉积可以提供额外的强度和提高接缝的防漏性质。基于折叠的薄膜应力是有用的应用程序,其中圣是必需的,如在已被用于在体外和体内生物采样和在机器人的拾取和放置操作中执行的microgrippers imuli响应折叠。虽然这里所描述的具体方法,可以使用到建立可重构microgrippers,只关闭一次,选择适宜的材料和双层膜中的应力的方法来操作,可以利用,也建立把持器件,可通过重新配置在多个周期的37,41。这些设备的使用残余应力的亮点是,他们并不需要任何系绳或电线等具有良好的可操作性,使驱动难以到达的地方。另外,通过选择合适的聚合触发器,可以刺激响应行为的刺激的范围内,包括酶42启用自主功能相关的机器人和手术启动。
The authors have nothing to disclose.
我们承认通过赠款,CMMI 0854881 1066898 CBET从美国国家科学基金会的资助。感谢马修·穆伦斯有益的建议。
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
950 Poly methyl methacrylate A11 | Micro Chem | M230011 | Sacrificial layer |
Chromium-plated tungsten rods | R. D. Mathis Company | CRW-2 | Evaporation source for Cr |
Copper slug | Alfa Aesar | 7440-50-8 | Evaporation source for Cu |
Gold slug | Alfa Aesar | 7440-57-5 | Evaporation source for Au |
SPR 220 7.0 | Rohm and Haas | 10016640 | Positive photoresist |
S 1800 series photoresists | Rohm and Hass | Positive photoresist | |
Megaposit MF- 26 A developer | Rohm and Haas | 10016574 | Developer for SPR 220 7.0 photoresist |
Microposit 351 developer | Rohm and Hass | 10016653 | Developer for S 1800 series photoresists |
Nickel Sulfamate | Technic Inc. | 030175 | Plating solution for Ni |
Techni Solder Mate NF 820 60/40 RTU | Technic Inc. | 330681 | Plating solution for Pb-Sn hinges |
APS 100 Copper etchant | Transene Company Inc. | 021221 | Copper etchant |
CRE 473 Chromium etchant | Transene Company Inc. | 040901 | Chromium etchant |
1-Methyl-2-Pyrollidinone (NMP) | Sigma-Aldrich | M79603 | High boiling point organic solvent for Pb-Sn hinge based self-folding |
Indalloy 5RMA flux | Indium Corporation of America | FL28372 | Chemical that cleans the solder surface and inhibits oxidation for good Pb-Sn reflow |