Por primera vez, los investigadores han utilizado un método basado en láser de un solo paso para producir microestructuras híbridas pequeñas y precisas de plata y silicona flexible. Esta innovadora tecnología de procesamiento por láser podría algún día permitir que las fábricas inteligentes que utilizan una línea de producción en masa-produzca dispositivos personalizados que combinen materiales blandos como tejidos diseñados con materiales duros que agreguen funciones como la detección de glucosa.
El componente metálico de las microestructuras las hace conductoras de la electricidad mientras que la silicona elástica aporta flexibilidad. Esta combinación única de propiedades hace que las estructuras sean sensibles a la fuerza mecánica y podría ser útil para fabricar nuevos tipos de dispositivos ópticos y eléctricos.
"Estos tipos de microestructuras podrían usarse para medir movimientos o cambios muy pequeños, como un ligero movimiento del cuerpo de un insecto o la expresión sutil producida por un músculo facial humano", dijo el líder del equipo de investigación Mitsuhiro Terakawa de la Universidad de Keio,Japón: "Esta información podría usarse para crear versiones perfectas generadas por computadora de estos movimientos".
Como se detalla en el diario Materiales ópticos expresos , de The Optical Society OSA, los investigadores produjeron estructuras de plata en forma de alambre rodeadas por un tipo de silicona conocida como polidimetilsiloxano PDMS. Los investigadores usaron PDMS porque es flexible y biocompatible, lo que significa que es más segurousar en o en el cuerpo.
Fabricaron las estructuras, que miden tan poco como 25 micras de ancho, irradiando una mezcla de PDMS e iones de plata con pulsos láser extremadamente cortos que duran solo femtosegundos. En un femtosegundo, la luz viaja solo 300 nanómetros, que es un poco más grandeque las bacterias más pequeñas.
"Creemos que somos el primer grupo en utilizar pulsos láser de femtosegundos para crear un material híbrido que contenga PDMS, que es muy útil debido a su elasticidad", dijo Terakawa. "El trabajo representa un paso hacia el uso de un único procesamiento láser de precisióntecnología para fabricar dispositivos biocompatibles que combinan materiales duros y blandos ".
Convertir dos procesos láser en uno
El método de fabricación de un solo paso utilizado para hacer las microestructuras híbridas combina las reacciones químicas basadas en la luz conocidas como fotopolimerización y fotorreducción, las cuales fueron inducidas mediante pulsos láser de femtosegundo. La fotopolimerización utiliza luz para endurecer un polímero, y la fotorreducción utiliza luz paraforman microestructuras y nanoestructuras a partir de iones metálicos.
La técnica de fabricación fue el resultado de una colaboración entre el grupo de investigación de Terakawa, que estudió la fotorreducción de dos fotones utilizando materiales blandos, y un grupo de la organización de investigación alemana Laser Zentrum Hannover, que ha avanzado en la fotopolimerización de PDMS de fotón único.
Para crear las microestructuras de alambre, los investigadores irradiaron la mezcla de PDMS-plata con luz del láser de femtosegundo que emitía a 522 nm, una longitud de onda que interactúa eficientemente con la mezcla de materiales. También seleccionaron cuidadosamente iones de plata que se combinarían bien con PDMS.
Los investigadores encontraron que solo un escáner láser formaba alambres que exhibían tanto la conductividad eléctrica del metal como la elasticidad de un polímero. Se podrían usar escáneres adicionales para producir estructuras más gruesas y más uniformes. También mostraron que las estructuras de alambre respondían a la mecánicafuerza soplando aire sobre las estructuras para crear una presión de 3 kilopascales.
Los investigadores dicen que, además de hacer estructuras de cables, el enfoque podría usarse para hacer pequeñas estructuras de silicona de metal 3D. Como siguiente paso, planean estudiar si los cables fabricados mantienen su estructura y propiedades a lo largo del tiempo.
"Nuestro trabajo demuestra que inducir simultáneamente la fotorreducción y la fotopolimerización es un método prometedor para fabricar microestructuras elásticas y eléctricamente conductoras", dijo Terakawa. "Este es un paso hacia nuestro objetivo a largo plazo de desarrollar una fábrica inteligente para fabricar muchos productos compatibles con humanosdispositivos en una línea de producción, ya sea que los materiales sean blandos o duros "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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