Bu sonuçlara önde gelen araştırma Avrupa Birliği&#39;nin Yedinci Çerçeve Programı (/ 2007-2013 FP7) kapsamında, Avrupa Araştırma Konseyi fon aldı / fotonik mikro robotik ve İİT TOHUM projesi Microswim gelen ERC hibe anlaşması n o [291349]. Biz de Ente Cassa di risparmio di Firenze destek için minnettarım. Biz geribildirim ve tartışmalar için LENS de Karmaşık Sistemler grubunun tüm Optics teşekkür ederim.

Not: Bu protokol, üç adımları içerir: LC moleküler oryantasyon için hazırlık ızgarası, IP-L, LCE ve hafif harekete karakterizasyonu DLW. Mikro manipülasyon sistemi, Şekil 5&#39;te gösterilmektedir ise doğrudan lazer yazma sistemi şematik, Şekil 1 &#39;de gösterilmiştir. 1. IP-L Izgara Kalıp Hazırlama <ol><li> bir mikroskop kapak slayt (3 cm çapında) dışarı atın ve aseton kullanılarak lens dokuları ile temizleyiniz. </li><li> yaklaşık 0.5 cm uzakta kendi merkezine cam slayt 3 farklı noktalarda metal ucu yardımı ile bazı ara parçaları (cam mikroküreler) yerleştirin. </li><li> burçlarının üstüne başka mikroskop lamı (çapı 1 cm) yerleştirin. Üst cam slayt üstüne hafifçe basmak için bir ucu kullanın. </li><li> sırasıyla üst camın sınır üç farklı noktalarda UV ile sertleşen yapıştırıcı bir damla (yaklaşık 2 | il) yerleştirin. </li><li> tutkal çok int nüfuz önceboşluk o tutkal katılaşmaya UV ışığı kullanın. Hücre artık oluşturulur. </li><li> bir pipet kullanılarak hücrenin sınırında, IP-L reçine bir damla (yaklaşık 10 ul) yerleştirin. Sıvı hücrenin tüm alana sızmış kadar birkaç dakika bekleyin. </li><li> numune tutucu üzerinde hücreyi düzeltmek ve doğrudan lazer yazma sistemi içine yerleştirmek için tutkal kullanın. </li><li> Bir 100X objektif seçin ve bu yüzey üzerinde eğim düzeltme ardından üst iç yüzeyinde arayüzü bulmak. </li><li> sırasıyla bir lazer gücü 6 mW bir tarama hızı ile 60 mm / saniye ile tasarlanmış bir IP-L rendeleme desen yapıları Yazın. Izgara desenler IP L eğri veya düz çizgiler ile yapılır. </li><li> Tekrarlayın 1.8 ve alt iç yüzeyinde 1.9 adımları. </li><li> hücreyi dışarı atın ve 12, hücre açmadan 2-propanol banyosunda örnek batırmak - 24 saat. </li><li> çözücü maddeden hücreyi dışarı atın ve 10 sıcak plaka (50 ° C) üzerinde kurutun - 20 dakika. </li></ol> 2. LCE Mikroyapı İmalatı <ol><li> dengesine Tedbir ~ 300 mg monomer karışımı. Tablo 1 &#39;de moleküler bileşim bakınız. </li><li> Bir cam şişe içinde hazırlanmış karışım koyun ve 70 sıcak bir plaka seti üzerine koydu - 80 ° C. </li><li> Tüm toz eriyiklerin kadar bekleyin Bir manyetik karıştırıcı ekleyin ve 1 st için karışımın karışımı (90-150 rpm). </li><li> 60 ° C &#39;de sıcak bir plaka üzerinde hücre yerleştirin. </li><li> Daha küçük bir cam slayt kenarında karışımdan bir damla (yaklaşık 20 ul) yerleştirin ve sıvı hücreye infiltratlar kadar bekleyin. </li><li> bir çapraz polarize ve sıcaklık kontrolörü ile optik mikroskop hücre aktarın. Aktarım sırasında karanlıkta her şeyi tutun ve UV filtre aydınlatma lambasının önce turuncu bir filtre koymak. </li><li> daha sonra sıcaklığı azaltmak, mikroskop, bir sıcaklık kontrol cihazı kullanılarak 60 ° C üzerinde bir hücrenin sıcaklığı, artış (2 - dakika başına 10 ° C), LC fazı için sıcaklık aralığını ölçmek için. Farklı moleküler bileşim ile bir karışımı, farklı bir LC fazı sıcaklığına sahiptir. İyi bir homojen nematik LC faz polarize eksenine göre her 45 ° örnek dönerken görüntü kontrastı inversiyon gözlemleyerek tarafından kabul edilebilir. </li><li> , Numune tutucu üzerinde hücreyi Fix DLW sistemi içine yerleştirin ve LC fazını ulaşmak için sıcaklığı ayarlamak (adım 2.7 olarak ölçülen). </li><li> alt iç yüzeyinde arayüzü bulmak ve arayüz bulmadan 100X objektif veya 10X objektif kullanılarak eğim düzeltme gerçekleştirin. </li><li> 100X amacı ile daha düşük bir cam slayt, bir lazer gücü ve 4 mW bir tarama hızı ile 60 mm / sn DLW&#39;ye kullanılarak LCE yapıları yaz. Aksi takdirde, (LCE yapısı tüm numune kalınlığı boyunca imal edilir) 10X objektif kullanarak bir lazer gücü ve 14 mW bir tarama hızı ile 60 mm / saniye ile kullanmak. </li><li> hücreyi dışarı atın ve bir bıçak kullanınÜst cam slayt kaldırarak hücreyi açın. </li><li> 5 dakika süreyle toluen banyosunda yapıları bırakın. </li><li> 10 dakika boyunca hava içinde örnek, kuru çıkar. </li></ol> LCE Microstructures Işık aktüatör 3. Karakterizasyonu <ol><li> optik mikroskop (20X) içinde örnek yerleştirin ve bir lazer ışını odak - yapıları üzerinde 10X objektif ile (CW, 532 nm, 50 500 mW). </li><li> optik mikroskop CMOS kamera (kare hızı 25.8 fps) ışık kaynaklı deformasyon gözlemleyin. </li><li> LCE mikroyapılarından yakın bir konumda cam ucu koymak için mikro manipülasyon sistemi (Şekil 5) manuel olarak kontrol kullanın. </li><li> yapı (ışık emme nedeniyle) LCE sıcaklığını arttırmak ve böylece yumuşatmak amacıyla, düşük güç (~ 20 mW) de lazer açınız. </li><li> bir LCE mikroyapı almak için bir cam ucu kullanın ve havada tutun. Bu işlem, cam yüzeyinden yapışmasını önlemek için gereklidir. </li><li> şarap fıçısıyüksek güç (&gt; 100 mW) için lazer e ve LCE yapısı deforme gözlemleyin. </li><li> mikroskop kamera ile ışık kaynaklı deformasyon kaydedin. </li></ol>

<ol>
	<li>Tanaka, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+cells+on+microchips:+New+technologies+and+applications.">Biological cells on microchips: New technologies and applications.</a> Biosens. Bioelectron. 23, 449-458 (2007).</li><li>Hierold, C., Jungen, A., Stampfer, C., Helbling, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano+electromechanical+sensors+based+on+carbon+nanotubes.">Nano electromechanical sensors based on carbon nanotubes.</a> Sensor. Actuator. A-Phys. 136 (1), 51-61 (2007).</li><li>van Oosten, C. L., Bastiaansen, C. W. M., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Printed+artificial+cilia+from+liquid-crystal+network+actuators+modularly+driven+by+light.">Printed artificial cilia from liquid-crystal network actuators modularly driven by light.</a> Nat. Mater. 8, 677-682 (2009).</li><li>Ulijn, R. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioresponsive+hydrogels.">Bioresponsive hydrogels.</a> Mater. today. 10 (4), 40-48 (2007).</li><li>Roy, D., Cambre, J. N., Sumerlin, B. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Future+perspectives+and+recent+advances+in+stimuli-responsive+materials.">Future perspectives and recent advances in stimuli-responsive materials.</a> Prog. Polym. Sci. 35 (1-2), 278-301 (2010).</li><li>Zeng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Resolution+3D+Direct+Laser+Writing+for+Liquid-Crystalline+Elastomer+Microstructures.">High-Resolution 3D Direct Laser Writing for Liquid-Crystalline Elastomer Microstructures.</a> Adv.Mater. 26 (15), 2319-2322 (2014).</li><li>Ohm, C., Brehmer, M., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+Crystalline+Elastomers+as+Actuators+and+Sensors.">Liquid Crystalline Elastomers as Actuators and Sensors.</a> Adv. Mater. 22 (31), 3366-3387 (2010).</li><li>Zeng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alignment+engineering+in+liquid+crystalline+elastomers:+Free-form+microstructures+with+multiple+functionalities.">Alignment engineering in liquid crystalline elastomers: Free-form microstructures with multiple functionalities.</a> Appl. Phys. Lett. 106 (11), 111902 (2015).</li><li>Malinauskas, M., Farsari, M., Piskarskas, A., Juodkazis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+laser+nanostructuring+of+photopolymers:+A+decade+of+advances.">Ultrafast laser nanostructuring of photopolymers: A decade of advances.</a> Phys. Rep. 533 (1), 1-31 (2013).</li><li>Liu, D., Bastiaansen, C. W. M., den Toonder, J. M. J., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photo-switchable+surface+topologies+in+chiral+nematic+coatings.">Photo-switchable surface topologies in chiral nematic coatings.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 51 (4), 892-896 (2012).</li><li>Yang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micron-sized+main-chain+liquid+crystalline+elastomer+actuators+with+ultralarge+amplitude+contractions.">Micron-sized main-chain liquid crystalline elastomer actuators with ultralarge amplitude contractions.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (41), 15000-15004 (2009).</li><li>Yan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-switchable+behavior+of+a+microarray+of+azobenzene+liquid+crystal+polymer+induced+by+photodeformation.">Light-switchable behavior of a microarray of azobenzene liquid crystal polymer induced by photodeformation.</a> Macromol. Rapid Commun. 33 (16), 1362-1367 (2012).</li><li>Liao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alignment+of+liquid+crystal+molecules+in+a+micro-cell+fabricated+by+femtosecond+laser.">Alignment of liquid crystal molecules in a micro-cell fabricated by femtosecond laser.</a> Chem. Phys. Lett. 498, 188-191 (2010).</li><li>Zeng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-fueled+microscopic+walkers.">Light-fueled microscopic walkers.</a> Adv. Mater. 27, 3883-3887 (2015).</li><li>Flatae, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optically+controlled+elastic+microcavities.">Optically controlled elastic microcavities.</a> Light: Science &amp; Applications. 4, 282 (2015).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

IP-L mikro ızgara yönlendirme tekniği sıvı kristal monomerlerin yönlendirmek için DLW ile entegre edilmiştir. Daha sonra lazer yazılı LCE mikro yapılar da mikro ölçekte tasarlanmış uyum desenli olabilir. Bu teknik bize birden fazla işlevleri destekler bileşik LCE öğeleri oluşturmanıza olanak sağlar. Doğru 3D mikro ve çalıştırma kontrolünü oluşturmak için olağanüstü yeteneği ile, bu teknik elastomer esaslı mikroskobik robotlar 14 oluşturmak için kullanılacak ve ışık ayarlanabilir cihazların 15 elde edilmesi için yeni stratejiler bir bolluk açmak için bekliyoruz. hazırlık iki kritik adım vardır. İlk bir hücrenin iki bardak sıkı (adım 1.4, 1.5) yapıştırılmış olmasıdır. UV yapıştırıcı gelişimi esnasında hücre geometrisi stabilitesini korur: diğerine göre hücrenin cam hareketinin bir kötü uyum ile sonuçlanırLCE. İkincisi, LCE yapısı yazma sırasında lazer yazma hızı 100X amacı seçilmiş ise mümkün olduğunca yüksek olmalıdır. Nedeniyle lazer yazma işlemi sırasında LCE güçlü şişlik, kabartılmış yapı böylece fabrikasyon aktüatör kalitesini etkileyen, tasarlanmış konumu dışında hareket olacaktır. Bazı durumlarda, ışık kaynaklı şekil değiştirebilirlik yapılarında bozulmaya görülmektedir. Bu yüksek aydınlatma yoğunluğu altında boya ağartma nedeniyle olabilir. Boya molekülleri kapatıldıktan sonra, LCE yapı, saydam ortam olarak davranan ve ışık emme / ışığın neden olduğu deformasyon bastırılır. Daha düşük lazer gücü LCE mikro yapıların çalıştırılması için daha güvenli olacaktır. Bu yöntemin bazı dezavantajları da vardır. İlk olarak, tüm işlem, nispeten uzun bir zaman alır. samp daldırarak yapılan hücre yapılandırması, ilk IP-L gelişim sürecini (sürdürülebilmesi içinBir solvent banyosuna le) hücre açmadan 2-proponal içinde gerçekleştirilmektedir. Gelişmekte olan zamanı ve böylece hücre boyutu ve boşluğun kalınlığına bağlıdır ve genellikle 12 - 24 saat. lazer kaynaklı ablasyon desen ve lazer kaynaklı kimyasal olarak modifiye edilmiş bir yüzey gibi diğer lazer yazılabilir desenleri ile ızgara IP L değiştirilmesi LC hizada ve üretim zaman büyük azalma ile sonuçlanabilir. İkincisi, LCE daima cam yüzeye yapışmayı uğrar yumuşak bir konudur. mikroyapıları yüzeye sopa ışık kaynaklı deformasyon bastırıldı. Üçüncü olarak, yapı yüksekliği hücre kalınlığı ve objektif bir çalışma mesafesi ile sınırlıdır. Lazer yazı sisteminde, maksimum yükseklik yaklaşık 100 mm. Son zamanlarda geliştirilen 3D baskı teknikleri makroskobik ölçekte mezoskopik ışık çalıştırılan LCE yapısını oluşturmak için iyi bir aday olabilir. Bununla birlikte, polimerizasyon sırasındaki moleküler oryantasyon muhafaza olabilirendişe ana konu olarak. bir diğer mevcut tekniklerle mümkün olmadığı, gerçekten mikro 3D serbest form aktüatörler elde etmek için izin verir, çünkü bu yöntem tektir. LCE mikroyapılar farklı moleküler yönelimleri ve işlevleri ile desenli olabilir. Daha fazla kimya mühendisliği ile bu tekniğin uygulanması, diğer uyarıcı kaynaklarına aktüatörler duyarlı hale sağlayacak ve verimli mikro robotlar ve yumuşak fotonik aygıtların geliştirilmesi için açılacaktır.

Mikrouyarıcılar başka bir mekanizma veya sistemin işletimi için harici enerji iletimi mikroskobik yapılardır. Kompakt boyutu ve uzaktan kumanda yeteneği, yaygın laboratuar-on-chip sistemleri 1, 2 mikro-algılama ve mikro robotik 3 kullanılmaktadır. Bugüne kadar mevcut aktüatörler gibi dış alanı ile tek yönde 5 bükme bir hidrojel matriks 4 şişlik / çöküşü, daralma / sadece basit eylemleri gerçekleştirebilirsiniz. Son zamanlarda geliştirilen teknikler mikroskopik ölçekli tahrik yapıları 6 imal etmek için etkin olmasına rağmen, aynı uzunlukta ölçekte bu actuations kontrol etmek için büyük bir meydan okuma hala. Bu yazıda 3D ışık kontrol tahrik özelliklere sahip mikro aktive hazırlamak için bir yöntem bildirir. teknik, doğrudan lazer yazı (DLW) temel alan ve sıvı kristalin elastomerleri (LCEs) &#39;de gösterilmiştir. LCEs sof vardırelastomer ve sıvı kristal yönelimi özelliğini penye t polimerleri. Dış stimuli 7 çeşitli altında - (% 400 20), bu malzemeler, büyük deformasyon yeteneğine sahiptir. Mikro aktuatörler için LCEs kullanmanın avantajı mikroskopik ölçekte 8 geçirilmesini kontrol etmek için izin verir yapılarda mühendislik moleküler düzen kolaylık olduğunu. LC monomerler tek adımlı foto-polimerizasyonu sağlayan akrilat kısımla sentezlenir. Bu özellik 3D mikro yapıların imalatı için litografik teknikler farklı türde erişim sağlar. verilmedi yanıt moleküller olarak azo boyalar ko-polimerizasyon işleminde, polimer ağına bağlanır. Bu tür moleküller ışık kontrollü deformasyon karşılayabilme sistemin ışık kaynaklı ısıtma ile (sis izomerleştirme trans) güçlü ışık tepki yeteneği birleştirir. DLW ışığa Materi polimer yapıları elde etmek için kullanılan bir tekniktirodaklanmış bir lazer ışın demeti 9 uzamsal kontrolü ile diğ. DLW moleküler uyum 6 kaybetmeden LCE 3D serbest form yapıları oluşturulmasını sağlar. LCE mikro aktuatörler imalatında DLW çeşitli avantajları vardır. İlk olarak, çözünürlük mikron altı ölçek ulaşabilir ve yapılar 6 gerçekten 3D bulunmaktadır. Önceden bildirilen LCE mikro üretim yöntemleri, örneğin., Yaklaşık 10 mikron ve sadece aşağı çözünürlüğü sağlanan maskeli maruz kalma 10 ve 11 kalıplama çoğaltma, 2D geometriye sahiptir. İkinci olarak, DLW temassız bir üretim sürecidir. Uygun bir çözücü tasarlanmış yapılandırmayı sürdürmek yüksek kaliteli yapılar gelişebilir. Replika döküm tekniği nadiren alt mikron çözünürlüğü 12 verir ve yapısal kalite kontrol etmek zordur. Üçüncü olarak, lazer yazma mikroskobik ölçekte 8,13 yerel LC yönlendirme için çok yönlü seçenekler sunar. LC oryantasyon teknikleri çeşitli türleri arasında, sürtünme mos olduğunuLC molekülleri yönlendirmek için etkili bir yol t yaygın LCE ince filmin hazırlanmasında kullanılmıştır. Bu genellikle LC monomer infiltre bir hücrenin iç yüzeyleri üzerinde Mikroyivlerin oluşturmak için polimer tabakaları sürtünme ile elde edilmiştir. Nedeniyle yüzey demirleme etkisi, bu tür microgrooves oluk yönünde LC molekülünü yönlendirmek mümkün. DLW çok daha yüksek doğruluk ile önceden tasarlanmış yönde seçilen bölgeye bu mikro oluklarda doğrudan fabrikasyon sağlar. Tüm bu özellikler, DLW imalat ve mikroskopik ölçekte harekete kontrolü için mükemmel bir özgün tekniği tercih. DLW dayanarak, LCE mikroyapılar farklı moleküler yönelimleri ile desenli olabilir. Tek bir LCE yapısı içinde bileşik hizalama, çok fonksiyonlu actuations mümkün olmaktadır. yöntem, LC monomer karışımının her türlü LCE mikro aktuatörler imalatı için de kullanılabilir. başka kimyasal ürünler olarak, bunu yapmak mümkündürdiğer uyarıcı kaynaklarına duyarlı aktüatörler, örneğin., nem ya da farklı dalga boyunda aydınlatma.

<table><tbody><tr><td>Molecular: LC monomer</td><td>SYNTHON Chemicals GmbH &amp;amp; Co. KG</td><td>ST03866</td><td>~78 mol% in the mixture</td></tr><tr><td>Molecular: LC crosslinker</td><td>SYNTHON Chemicals GmbH &amp;amp; Co. KG</td><td>ST03021</td><td>20 mol% in the mixture</td></tr><tr><td>Molecular: Azo dye</td><td>Synthesis referring to Ref. 6</td><td></td><td>1 mol% in the mixture. Light sensitive component, can be excluded in the fabrication for heat driven actuators.</td></tr><tr><td>Molecular: Initiator</td><td>Sigma</td><td>Irgacure 369</td><td>1 - 2 mol% in the mixture</td></tr><tr><td>Spacer</td><td>Thermo scientific</td><td></td><td>Microsphere with diameter from 10 to 100 &amp;micro;m.</td></tr><tr><td>IP-L</td><td>Nanoscribe GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>UV curing glue</td><td>Homemade</td><td></td><td>IP-L with 1 wt% initiator (Irgacure 369)</td></tr><tr><td>Microscope cover slide</td><td>MENZEL-GL&amp;Auml;SER</td><td></td><td>Diameter: 1 or 3 mm, Thickness: 0.16 - 0.19 mm</td></tr><tr><td>UV LED lamp</td><td>Thorlabs</td><td>M385L2-C4</td><td>Wavelength: 385 &amp;#177; 10 nm</td></tr><tr><td>532 nm laser</td><td>Shanghai Dream Lasers</td><td>SDL-532-500T</td><td>500 mW laser</td></tr><tr><td>Direct Laser Writing system</td><td>Nanoscribe GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hot plate</td><td>Linkam Scientific Instruments Ltd.</td><td>PE120</td><td>Temperature range: -20 to 120 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>Microscope</td><td>Zeiss</td><td>Axio Observer A1</td><td>With crossed polarizers</td></tr><tr><td>Micro-manipulator</td><td>Narishige</td><td>MHW-3</td><td></td></tr></tbody></table>

free-form light actuators &#8212; fabrication and control of actuation in microscopic scale

Sıvı kristal elastomerler (LCEs) dış uyaranlara tepki olarak geri dönüşümlü şekil değişikliği yapabilen akıllı malzemeler ve birçok alanda araştırmacıların ilgisini çekmiştir. Çalışmaların çoğu makroskopik LCE yapılarda (film, lifler) odaklanmış ve minyatür henüz emekleme aşamasında olduğunu. Son zamanlarda, litografi teknikleri geliştirilmiştir, örneğin., Maske maruz kalma ve çoğaltma kalıp, sadece LCE ince filmler üzerinde 2B yapılar oluşturmak için izin verir. Doğrudan lazer yazma (DLW) mikroskopik ölçekte gerçekten 3D imalat erişimi açar. Ancak, aynı uzunlukta ölçekte harekete topoloji ve dinamiklerini kontrol eden bir sorun olmaya devam etmektedir. Bu yazıda keyfi üç boyutlu şeklin LCE mikroyapısında sıvı kristal (LC) moleküler hizalama kontrol etmek için bir yöntem rapor. Bu LCE yapıları hem de doğrudan lazer yazılı bir kombinasyonu ile de indükleyici micrograting kalıpları için mümkün olduYerel LC hizalama. Izgara desen çeşitli tipleri, daha sonra LCE yapılarına desenli farklı LC saflaşma tanıtmak için kullanılmıştır. Bu protokol, böylece birden fazla işlevleri yeteneğine sahip olmanın, bir çoklu opto-mekanik tahriki gerçekleştirmek mümkün tasarlanmış hizalanmalar ile LCE mikro elde etmesini sağlar. Uygulamalar ayarlanabilir fotonik, mikro-robotik, laboratuvar-on-chip teknolojisi ve diğerleri alanlarında öngörülebilir.

Şekil 1 lazer yazma optik set up gösterir. Sistem 100 MHz tekrarlama oranı 130 FSEC darbe üreten bir 780 nm fiber lazer oluşur. Lazer ışını bu numune içine odaklanmış optik mikroskop objektif diyafram kiriş profili ayarlamak için bir teleskop içine yansır. Mikroskop, 3D piezo sahne 2 nm çözünürlükte 100 mm / sn maksimum hız ile örnek çeviri için 300 × 300 × 300 mikron 3 seyahat aralığı ile yüklenir. görüntü aynı amaca göre dibinde toplanır ve bir CCD kamera bir ışın ayırıcı yansıyan ise kırmızı lambadan doğrusal polarize ışık, üstten örnek aydınlatır. kamera önce, başka bir polarize kontrastlı çapraz polarize aydınlatma elde etmek için kullanılır. Şekil 2, tarama Elec gösterirlazer tron ​​mikroskobu (SEM) görüntüleri, IP-L micrograting desenleri (Adım 1) Yazılı. olukların (yukarıdan Valley) yüksekliği yaklaşık 700 nm iken, 1,200 nm - kanal mesafesi 400 aralığındadır. farklı yönlerde olan Izgara desen LCE elemanının arzu edilen harekete bağlı olarak, farklı bir LC hizalanmalar neden olabilir. Şekil 3 IP-L ızgara desenleri (2.7 Adım) tarafından uyarılan LC monomer yönünü gösterir. İlk olarak, 100 x 100 um 2 boyutu olan mikro ızgara deseni dört çeşit her biri bir cam hücresi (şematik olarak Şekil 3a&#39;da gösterilen) karşılıklı yanları üzerinde imal edildi. Nedeniyle yüzey demirlemesi, sızmış LC monomerler böylece polarize optik mikroskop (POM) görüntü (Şekil 3b) 45 ° kontrast inversiyon sergileyen, ızgara çizgileri yönü ile birlikte yönlendirilmiş edilmiştir. Şekil 4 farklı yönde (Adım 2.10) IP-L ızgara ağlarda fabrikasyon bir LCE nano nokta / çizgi SEM görüntüleri gösterir. ızgara ağ içinde, LCE yapıları daha toluen içinde gelişmesine çok daha yüksek direnç, sınırlı olur. bağlantısız LCE minimum genişlik ızgara deseni olmayan DLW kararı ile tutarlıdır ~ 300 nm olarak ölçülmüştür edilmiştir. Fotonik uygulamaları için başka ilginç bir yaklaşım. Büyük ölçekli periyodik yapının gerçekleştirilmesi olmak 4 Şekil olabilir (c, d) 2D LCE mikro-ızgara ağı içinde periyodik yapılar gösterir. Şekil 4, yerleştirilmiş POM resimlerde gösterildiği gibi hizalama de, bu nano-içinde korunur (c, d). Ancak, ışık kaynaklı deformasyon bu nanoyapılardaki elde edilememiştir. IP-L ızgara içinde, nano-LCE elemanları yüksek sınırlı ve yapışma görünür bir deformasyonu önler edilmiş olmasıdır. </p&gt; Mikro manipülasyon sistemi ev yapımı yansıyan mikroskop dayalıdır ve Şekil şematik olarak gösterilmiştir 5. 10X objektif dikey duran bir optik breadboard yerleştirilen bir lensi boru üzerine monte edilmiştir. A 730 nm IR LED ışık kaynağı olmayan bir polarize ışın ayırıcı ile aydınlatma için kullanılır. yansıyan görüntü aynı amaca tarafından toplanan ve kameraya tahmin edilmektedir. Sürekli katı hal 532 nm lazer 45 ° &#39;lik bir insidans açıyla uzun bir pas dikroik ayna (% 50 iletim ve 567 nm&#39;de yansıma) tarafından objektif olarak birleştirilmiştir. Bir güç ölçer, lazer gücünün gerçek zamanlı tespiti için dikroik ayna sonra iletilen ışın ölçer. 150 mikron çaplı ~ A gevşek odaklanmış lazer nokta ~ 10 W / mm 2 maksimum aydınlatma yoğunluğunu oluşturur. Lazer yoğunluğu lazer önüne yerleştirilen bir değişken nötral yoğunluk filtresi tarafından kontrol edilir. objektif Aşağıda, 3D manuel translation aşamalı örnek çeviri için kullanılır. yapıldı aşaması yüklü bir ısıtma aşaması 0.5 ° C doğruluğu olan 120 ° C ile -20 arasında bir aralıkta numune sıcaklığının hassas kontrolü için kullanılır. İki manuel çeviri aşamaları üzerine monte iki cam ipuçları örnek konumuna yakın, sol ve sağ tarafta konulmuştur. Yapı mikro manipülasyon dikkatle çeviri aşamaları yardımıyla ipuçları hareket ettirerek gerçekleştirilebilir. hizalama ve deformasyon korelasyon göstermek için, 60 mikron çapında ve 20 mm yüksekliğinde dört LCE silindirik yapıları imal. Bu silindirler dört farklı odaklı IP-L ızgara bölgeler (1 mikron dönemi) yazılıdır. ışık uyarma altında, LCE içindeki boyalar ışık enerjisini absorbe ve ağ içine aktarın. LCE yapıları kadar ısıtılır ve daha sonra (izotropik için nematik) faz geçiş uğratılırlar. Böyle bir faz geçişi de yardımcı oluyorAynı ışık uyaranlara altında boya sis izomerizasyonu trans tarafından. Böylece, yapıların orijinal LC hizalama yönetmen boyunca sözleşme ve dik yönde 7 genişletin. Şekil 6 (3.1 adım) &#39;de gösterildiği gibi, bir IP-L ızgaralar neden olduğu farklı bir lokal dizileri bağlı olarak, bu yapılar, farklı yönleri boyunca deforme olurlar. Bu teknik, tek bir yapıda uyum birden fazla türde ihtiva bileşik aktüatörler, oluşturulmasını sağlar. Şematik olarak, Şekil 7&#39;de gösterildiği gibi hizalama deseni iki bölümü olan bir 400 x 40 x 20 um 3 boyutlu LCE şerit, imal edilmiştir: (a). Bu hizalama bölümler farklı bir yönde her bir 90 ° bükülmüş yönünü içerir. Paralel hizalama sözleşme ile yüzey, dik hizalama ile bir ışık aydınlatması altında büyürken. yapısı pi olmuşturmikromanipülasyon sistemi tarafından cked ve bir cam ucu ile hava yapıldı. Çift eğilme ışık aydınlatması (Adım 3.3) altında gözlendi. (Optik kıyıcı kullanarak) bir modüle lazer ışını döngüsel deformasyonları neden olabilir. LCE lazer modülasyon frekansı (&gt; 1k Hz) Aşağıdaki yanıt verebilir. Bununla birlikte, deformasyon amplitüdü frekansı 14 artması ile azalmaktadır. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig1.jpg" /> Şekil 1: Optik Doğrudan Lazer Yazma Kurma bir 780 nm lazer ışını (130 FSEC nabız, 100 MHz tekrarlama oranı) mikroskop içine bağlanmış ve numune içine bir optik mikroskop objektif ile odaklanmıştır.. 300 × 300 × 300 mikron 3 seyahat aralığına sahip bir 3D piezo sahne lazer pozlama sırasında numune çeviri için kullanılır. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53744/53744fig1large.jpg" target="_blank">A la görmek için buraya tıklayınız</a><html> Bu rakamın rger sürümü. <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53744/53744fig2.jpg" /> Şekil 2:. IP-L Mikro ızgaralar SEM görüntüleri a) Tek yönlü paralel hat yapısı. b) Radyal ızgara deseni. Ölçek çubuğu:. 10 mikron <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53744/53744fig2large.jpg" target="_blank">bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53744/53744fig3.jpg" /> Şekil 3:. LC yönelimi için tasarlanmış mikro ızgara desen IP-L LC Oryantasyon øndükle Mikro ızgara a) şematik. micrograting desenleri ile oluşturulan LC oryantasyon b) POM görüntüsü. Ölçek çubuğu 50 mm. Kırmızı renk ise foto-polimerizasyonu engelleyen filtre etmektir.ge.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53744/53744fig4.jpg" /> Şekil 4:. LCE nanodots ızgara ağı içinde imal ederken, IP-L Izgara ağları içinde gömülü LCE Nanoyapıların SEM görüntüleri a) ve b) iki mikro ızgara kalıplar, farklı yönleri boyunca DLW&#39;ye ile imal edilmiştir. c) ve d) Periyodik LCE nano yapılar, IP-L ızgaralar aynı tip içinde gömülü. Insets yapıların POM görüntü vardır. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53744/53744fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53744/53744fig5.jpg" /> Şekil 5:. Mikromanipülasyon Kur şematik bir CW katı hal 532 nm lazer bir içine bağlanır<html> ev yapımı mikroskop sistemi. Bir 10X Amaç görüntüleme ve uyarma için 532 nm lazer odaklama için kullanılır. Cam ucu manipülatörler ile donatılmış iki adet elle çeviri aşamaları örnek mikro manipülasyon için kullanılır. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53744/53744fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/53744/53744fig6.jpg" /> Şekil 6: Dört Farklı IP-L Micrograting Bölgeleri Hakkında LCE Mikro silindir Işık uyarılı Farklı Yönelimler dört farklı odaklı mikro ızgara bölgelerde yazılı 60 mikron çapında ve 20 mm yüksekliğinde) Dört LCE silindirik yapılar.. Bir 532 nm lazer radyasyonu (-2 10 W mm) maruz kaldığında b) LCE silindirler) ızgara kaynaklı hizalanmalarda bağlı olarak farklı eksenler (boyunca deforme. Ölçek çubuğu: 100 mikron.les / ftp_upload / 53744 / 53744fig6large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/53744/53744fig7.jpg" /> Şekil 7: çok sayıda moleküler Alignments ile LCE mikro yapıların ışık kaynaklı deformasyon tek LCE şerit ters 90 ° bükülmüş hizalanmalar iki bölümden a) şematik.. b) ve c) 532 nm lazer aydınlatma (3 G mm altında ters yönde eğilme 400 mikron uzunluğunda LCE şerit optik görüntü -2) 8. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53744/53744fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Free-form Light Actuators â€” Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale at JoVE.com

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

Serbest biçimli Işık Aktüatörler - Mikroskobik Ölçeğinde imalat ve çalıştırma Kontrolü

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

free-form-light-actuators-fabrication-control-actuation-microscopic

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

9.2K Görüntüleme.  University of Florence. Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

Video: Free-form Light Actuators — Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Microfabricated Platforms for Mechanically Dynamic Cell Culture

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or fundamental cell biology studies is limited by current bioreactor technologies, which cannot simultaneously apply a variety of mechanical stimuli to cultured cells. In order to address this issue, we have developed a series of microfabricated platforms designed to screen for the effects of mechanical stimuli in a high-throughput format. In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and further demonstrate how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

Mekanik Dinamik Hücre Kültürü için Microfabricated platformlar

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or ...

Biyomühendislik

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an elastomeric dielectric membrane sandwiched between two compliant electrodes. The large actuation strains of these transducers when used as actuators (over 300% area strain) and their soft and compliant nature has been exploited for a wide range of applications, including electrically tunable optics, haptic feedback devices, wave-energy harvesting, deformable cell-culture devices, compliant grippers, and propulsion of a bio-inspired fish-like airship. In most cases, DETs are made with a commercial proprietary acrylic elastomer and with hand-applied electrodes of carbon powder or carbon grease. This combination leads to non-reproducible and slow actuators exhibiting viscoelastic creep and a short lifetime. We present here a complete process flow for the reproducible fabrication of DETs based on thin elastomeric silicone films, including casting of thin silicone membranes, membrane release and prestretching, patterning of robust compliant electrodes, assembly and testing. The membranes are cast on flexible polyethylene terephthalate (PET) substrates coated with a water-soluble sacrificial layer for ease of release. The electrodes consist of carbon black particles dispersed into a silicone matrix and patterned using a stamping technique, which leads to precisely-defined compliant electrodes that present a high adhesion to the dielectric membrane on which they are applied.

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Silikon tabanlı Dielektrik Elastomer Aktüatörler Fabrikasyon Süreci

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Mühendislik

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

Işık tarafından indüklenen makroskopik salınım hareketi için sıvı kristal ağlar hazırlanması

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation usually consists in the formation of droplets containing low molar mass liquid crystals at elevated temperatures. Subsequently, these particle precursors are oriented in the flow field of the capillary and solidified by a crosslinking polymerization, which produces the final actuating particles. The optimization of the process is necessary to obtain the actuating particles and the proper variation of the process parameters (temperature and flow rate) and allows variations of size and shape (from oblate to strongly prolate morphologies) as well as the magnitude of actuation. In addition, it is possible to vary the type of actuation from elongation to contraction depending on the director profile induced to the droplets during the flow in the capillary, which again depends on the microfluidic process and its parameters. Furthermore, particles of more complex shapes, like core-shell structures or Janus particles, can be prepared by adjusting the setup. By the variation of the chemical structure and the mode of crosslinking (solidification) of the liquid crystalline elastomer, it is also possible to prepare actuating particles triggered by heat or UV-vis irradiation.

This article describes the microfluidic process and parameters to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. This process allows the preparation of actuating particles and the variation of their size and shape (from oblate to strongly prolate, core-shell, and Janus morphologies) as well as the magnitude of actuation.

Sıvı kristal Elastomer aktüatörler mikrosıvısal hazırlanması

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

Kimya

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending deformation and low input. However, their monotonous bending motion form in two-dimensional (2-D) space keeps them away from wide applications. This paper presents a detailed fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers, to explore their motions in three-dimensional (3-D) space. The design of oblique chambers enables actuators with tunable coupled bending and twisting capabilities, which gives them the possibility to move dexterously in flexible manipulators, to become biologically inspired robots and medical devices. The fabrication process is based on the molding method, including the silicone elastomer preparation, chamber and base parts fabrication, actuator assembly, tubing connections, checks for leaks, and actuator repair. The fabrication method guarantees the rapid manufacturing of a series of actuators with only a few modifications in the molds. The test results show the high quality of the actuators and their prominent bending and twisting capabilities. Experiments of the gripper demonstrate the advantages of the development in adapting to objects with different diameters and providing sufficient friction.

Here we present a fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers. The actuators are capable of generating coupled bending and twisting motions, which broadens their application in soft robotics.

Yumuşak Pnömatik ağ aktüatörler eğik Chambers ile imalatı

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

Rapid Manufacturing of Thin Soft Pneumatic Actuators and Robots

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a laser cutter machine. The method starts with the lamination of thermoplastic polyurethane (TPU) sheets using a heat press for 10 min at the temperature of ~93 &#176;C. Next, the parameters of the laser cutter machine are optimized to produce a rectangular balloon with maximum burst pressure. Using the optimized parameters, the soft actuators are laser cut/welded three times sequentially. Next, a dispensing needle is attached to the actuator, allowing it to be inflated. The effect of geometrical parameters on the deflection of the actuator are studied systematically by varying the channel width and length. Finally, the performance of the actuator is characterized using an optical camera and a fluid dispenser. Conventional fabrication methods of soft pneumatic actuators based on silicone molding are time consuming (several hours). They also result in strong but bulky actuators, which limits the actuator&#8217;s applications. Moreover, microfabrication of thin pneumatic actuators is both time-consuming and expensive. The proposed manufacturing method in the current work resolves these issues by introducing a fast, simple, and cost-effective fabrication method of ultrathin pneumatic actuators.

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with a thin form factor. The fabrication method starts with lamination of thermoplastic polyurethane (TPU) sheets followed by laser cutting/welding of a two-dimensional pattern to form actuators and robots.

İnce Yumuşak Pnömatik Aktüatör ve Robotların Hızlı İmalatı

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a ...

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, compliant and biomimetic nature of this deformation, actuators made of the laminate have received increasing interest in soft robotics and (bio)medical applications. However, methods to easily fabricate the active material in large (even industrial) quantities and with a high batch-to-batch and within-batch repeatability are needed to transfer the knowledge from laboratory to industry. This protocol describes a simple, industrially scalable and reproducible method for the fabrication of ionic carbon-based electromechanically active capacitive laminates and the preparation of actuators made thereof. The inclusion of a passive and chemically inert (insoluble) middle layer (e.g., a textile-reinforced polymer network or microporous Teflon) distinguishes the method from others. The protocol is divided into five steps: membrane preparation, electrode preparation, current collector attachment, cutting and shaping, and actuation. Following the protocol results in an active material that can, for example, compliantly grasp and hold a randomly shaped object as demonstrated in the article.

This article describes a fast and simple manufacturing process of ionic electromechanically active composite materials for actuators in biomedical, biomimetic and soft robotics applications. The key fabrication steps, their importance for the actuators&#39; final properties, and some of the main characterization techniques are described in detail.

Karbon Bazlı İonik Elektromekanik Aktif Yumuşak Aktüatörlerin İmalatı

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, ...

Fabrication and Implementation of a Reference-Free Traction Force Microscopy Platform

Quantifying cell-induced material deformation provides useful information concerning how cells sense and respond to the physical properties of their microenvironment. While many approaches exist for measuring cell-induced material strain, here we provide a methodology for monitoring strain with sub-micron resolution in a reference-free manner. Using a two-photon activated photolithographic patterning process, we demonstrate how to generate mechanically and bio-actively tunable synthetic substrates containing embedded arrays of fluorescent fiducial markers to easily measure three-dimensional (3D) material deformation profiles in response to surface tractions. Using these substrates, cell tension profiles can be mapped using a single 3D image stack of a cell of interest. Our goal with this methodology is to make traction force microscopy a more accessible and easier to implement tool for researchers studying cellular mechanotransduction processes, especially newcomers to the field.

This protocol provides instructions for implementing multiphoton lithography to fabricate three-dimensional arrays of fluorescent fiducial markers embedded in poly(ethylene glycol)-based hydrogels for use as reference-free, traction force microscopy platforms. Using these instructions, measurement of 3D material strain and calculation of cellular tractions is simplified to promote high-throughput traction force measurements.

Referanssız Çekiş Kuvveti Mikroskopi Platformunun İmalatı ve Uygulanması

Quantifying cell-induced material deformation provides useful information concerning how cells sense and respond to the physical properties of their ...

Using a Microfluidics Device for Mechanical Stimulation and High Resolution Imaging of C. elegans

One central goal of mechanobiology is to understand the reciprocal effect of mechanical stress on proteins and cells. Despite its importance, the influence of mechanical stress on cellular function is still poorly understood. In part, this knowledge gap exists because few tools enable simultaneous deformation of tissue and cells, imaging of cellular activity in live animals, and efficient restriction of motility in otherwise highly mobile model organisms, such as the nematode Caenorhabditis elegans. The small size of C. elegans makes them an excellent match to microfluidics-based research devices, and solutions for immobilization have been presented using microfluidic devices. Although these devices allow for high-resolution imaging, the animal is fully encased in polydimethylsiloxane (PDMS) and glass, limiting physical access for delivery of mechanical force or electrophysiological recordings. Recently, we created a device that integrates pneumatic actuators with a trapping design that is compatible with high-resolution fluorescence microscopy. The actuation channel is separated from the worm-trapping channel by a thin PDMS diaphragm. This diaphragm is deflected into the side of a worm by applying pressure from an external source. The device can target individual mechanosensitive neurons. The activation of these neurons is imaged at high-resolution with genetically-encoded calcium indicators. This article presents the general method using C. elegans strains expressing calcium-sensitive activity indicator (GCaMP6s) in their touch receptor neurons (TRNs). The method, however, is not limited to TRNs nor to calcium sensors as a probe, but can be expanded to other mechanically-sensitive cells or sensors.

Using a Microfluidics Device for Mechanical Stimulation and High Resolution Imaging of C. elegans

New tools for mechanobiology research are needed to understand how mechanical stress activates biochemical pathways and elicits biological responses. Here, we showcase a new method for selective mechanical stimulation of immobilized animals with a microfluidic trap allowing high-resolution imaging of cellular responses.

Mekanik stimülasyon ve yüksek çözünürlük görüntüleme C. elegans bir havacilik aygıtı kullanma

One central goal of mechanobiology is to understand the reciprocal effect of mechanical stress on proteins and cells. Despite its importance, the ...

Nörobilim

Microfabrication of Implantable Optics Integrated in a Microstructured Imaging Window for Advanced In Vivo Imaging

In the context of biomaterials and drug testing in animal models, this study presents a streamlined protocol for fabricating a novel implantable integrated imaging window. The micro-device comprises a sophisticated system of microlenses coupled with micro-scaffolds specifically designed for in vivo quantification of the immune response using advanced non-linear excitation microscopy. The protocol is based on two-photon polymerization (2PP) of the biocompatible photoresist SZ2080, which enables the fabrication of micro-scaffolds and micro-lenses in a continuous sequence to enhance manufacturing efficiency and precision. To further improve speed, accuracy, and structural integrity, a hybrid optics fabrication approach was implemented, involving the 2PP of the microlens outer shell followed by UV bulk crosslinking of the inner core. This innovative technique optimizes the optical properties of the microlenses while streamlining the production process. The resulting micro-device demonstrates high reproducibility and mechanical stability, making it an effective method for prototyping microscale optical systems for a range of biomedical applications.

This protocol describes the fabrication of an implantable integrated imaging window using 3D laser printing. The window consists of a system of microlenses coupled with micro-scaffolds. The method involves two-photon polymerization (2PP) of the biocompatible photoresist SZ2080 in a continuous sequence, optimizing manufacturing efficiency and alignment between the different components.