Mikroskala opto-termo-mekanisk aktivering i det tørre klæbemiddel

At realisere optisk manipulation af mikroobjekter i ikke-flydende miljøer er udfordrende på grund af stærk friktionskraft (~ µN), der gør optisk kraft (~ pN) ubetydelig. Mod dette mål, forskere fra Westlake University i Kina demonstrerede spiralbevægelser af mikroskopiske objekter på tørre overflader som drevet af nanosekund laserpulser. De afslørede den underliggende mekanisme vedrørende interaktioner mellem termoelastiske bølger og friktionskraft. Resultaterne baner vej for fremtidig udvikling af mikroskopiske aktuatorer i ikke-flydende miljøer.

Nøglen til aktiveringen ligger i at udnytte termoelastiske bølger induceret af pulserende optisk absorption i absorberende mikroobjekter for at overvinde friktionskraft.

I denne avis, udgivet i Lys:Videnskab og applikationer , der formuleres en teori, der tager mikroskopiske vekselvirkninger mellem friktionskraft og termisk ophidsede elastiske bølger i betragtning, som har en forudsigende ligning for den optiske tærskelværdi, der kræves for at overvinde friktionsmodstand. Forskerne fandt ud af, at nanosekund pulserende optisk absorption med mW-skala spidseffekt er tilstrækkelig til at tæmme µN-skala friktionskraft og muliggøre aktivering. Med ny teoretisk indsigt, de demonstrerede eksperimentelt todimensionel spiralbevægelse af guldplader på mikrofibre som drevet af nanosekund laserpulser. Ud over, det blev opdaget, at bevægelsesretningen kan styres ved mekanisk at justere relative positioner og kontaktkonfigurationer mellem plader og mikrofibre, og bevægelseshastigheden kunne indstilles ved at ændre pulsrepetitionshastigheder og pulseffekt.

Med hensyn til de potentielle ansøgninger, forfatterne forklarede, at "den foreslåede aktiveringsordning i princippet kan finde praktiske anvendelser på forskellige områder, der kræver præcis manipulation af mikroobjekter i ikke-flydende miljøer. F.eks. integrering af vores teknik med et on-chip-bølgelederkoblet netværk, man kan i princippet opnå optisk modulering ved at justere positioner af en guldplade oven på bølgelederen for at styre bølgelederoverførsel via tuningskobling mellem nærliggende bølgeledere. I øvrigt, det kan også bruges til transport af dielektriske partikler fastgjort til overfladen af ​​en guldplade langs en mikrofiber/nanotråd, hvilket er afgørende i lab-on-a-chip teknologier, f.eks., til biovidenskabelige applikationer. "