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). O trabalho foi publicado em 17 de julho sob o título "Microatuador multiarticular acionado por luz fabricado por gravação a laser de femtosegundo dois em um" na Nature Communications.
A estratégia de processamento dois em um do laser de femtosegundo inclui o uso de polimerização assimétrica de dois fótons para construir juntas de hidrogel e deposição de redução a laser de nanopartículas de prata (Ag NPs) em regiões localizadas das juntas. Nesse caso, a fotopolimerização assimétrica cria anisotropia na densidade de reticulação na região local da microjunta de hidrogel, o que, em última análise, permite deformações de flexão controláveis direcional e angularmente. A deposição de redução a laser in situ permite o processamento preciso de nanopartículas de prata em juntas de hidrogel, que têm um forte efeito de conversão fototérmica, permitindo que a comutação de modo de micromáquinas de múltiplas juntas exiba excelentes características de tempo de resposta ultracurto (30 ms) e ultrabaixo força motriz (<10 mW).
Como exemplo típico, oito micro-articulações foram integradas em uma micromáquina humanoide. Posteriormente, uma técnica de modulação de luz espacial é utilizada para obter um feixe multifocal no espaço 3D, que por sua vez estimula precisamente cada microarticulação. A deformação sinérgica entre múltiplas articulações impulsiona a micromáquina humanóide para realizar múltiplos modos de deformação reconfiguráveis. Em última análise, um "microrrobô dançante" é realizado na escala do micrômetro.
Finalmente, como prova de conceito, ao projetar a direção de distribuição e deformação das microjuntas, o micromanipulador de duas juntas pode coletar múltiplas micropartículas nas direções isotrópica e anisotrópica. Em conclusão, a estratégia de processamento dois em um do laser de femtosegundo pode construir microjuntas deformáveis nas regiões locais de várias microestruturas 3D e realizar vários modos de deformação reconfiguráveis. No futuro, micromanipuladores com múltiplos modos de deformação mostrarão amplas perspectivas de aplicação na coleta de micromercadorias, manipulação microfluídica e manipulação de células.
