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). Karya tersebut diterbitkan pada 17 Juli dengan judul "Mikroaktuator multi-sendi yang dipicu cahaya yang dibuat oleh tulisan laser femtosecond dua-dalam-satu" di Nature Communications.
Strategi pemrosesan dua-dalam-satu femtosecond laser mencakup penggunaan polimerisasi dua-foton asimetris untuk membangun sambungan hidrogel dan pengendapan reduksi laser nanopartikel perak (Ag NPs) di daerah sendi yang terlokalisasi. Dalam hal ini, fotopolimerisasi asimetris menciptakan anisotropi dalam kepadatan ikatan silang di wilayah lokal sambungan mikro hidrogel, yang pada akhirnya memungkinkan deformasi tekukan yang dapat dikontrol secara terarah dan sudut. Deposisi reduksi laser in situ memungkinkan pemrosesan nanopartikel perak secara tepat pada sambungan hidrogel, yang memiliki efek konversi fototermal yang kuat, memungkinkan peralihan mode mesin mikro multi-sendi untuk menunjukkan karakteristik yang sangat baik dari waktu respons ultra-pendek (30 ms) dan ultra-rendah tenaga penggerak (<10 mW).
Sebagai contoh tipikal, delapan sambungan mikro diintegrasikan pada mesin mikro humanoid. Selanjutnya, teknik modulasi cahaya spasial digunakan untuk mencapai sinar multifokal dalam ruang 3D, yang pada gilirannya merangsang setiap sambungan mikro dengan tepat. Deformasi sinergis antara beberapa sambungan mendorong mesin mikro humanoid untuk mencapai beberapa mode deformasi yang dapat dikonfigurasi ulang. Pada akhirnya, "robot mikro menari" direalisasikan pada skala mikrometer.
Terakhir, sebagai pembuktian konsep, dengan merancang distribusi dan arah deformasi sambungan mikro, mikromanipulator bersendi dua dapat mengumpulkan banyak partikel mikro dalam arah isotropik dan anisotropik. Sebagai kesimpulan, strategi pemrosesan femtosecond laser dua-dalam-satu dapat membangun sambungan mikro yang dapat dideformasi di wilayah lokal dari berbagai struktur mikro 3D dan mewujudkan beberapa mode deformasi yang dapat dikonfigurasi ulang. Di masa depan, mikromanipulator dengan berbagai mode deformasi akan menunjukkan prospek aplikasi yang luas dalam pengumpulan barang-barang mikro, manipulasi mikrofluida, dan manipulasi sel.
