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淑明女子大学ACS 大分子速讯超声驱动的水凝胶柔性夹持器

2022-01-21 12:14:36

来源:雷火app官网 作者:雷火亚洲电竞先驱

  溶剂萃取手册

  已用于软呆板人,微流控身手,电子学和生物医学表科用具中。虽然软呆板人身手的开展已取得通常扩展,但因为遴选性低,大大都表部触发体例的适用性依旧有限。迩来,韩国淑明女子大学Seung Hyun Song和ChangKyu Yoon教导团队该夹持器不妨应用超声波能量开/闭进程作作家部触发体例举行预编程的样式转换铁凝胶使柔性夹持器的磁运动。通过集成这些超声波和电磁双重把持体例,表明晰柔性夹持器能够正在水性迷宫情况中对职责。作家生气这项商量可认为创修超声反应样式可编程和多效用智能软呆板人的进一步首要进步供给根底。相干论文Untethered Actuation of Hybrid Hydrogel Gripper via Ultrasound

  羼杂水凝胶夹持器的原料安排和几何组织正在图1A中举行了描写。羼杂夹持器由三种分别类型的水凝胶构成:超声反应性NIPAM凝胶,刺激性非反应性组织AAm凝胶和磁反应性铁凝胶。夹持器的几何样式应用了基于超声的内部NIPAM反应型凝胶(正在超声用意下爆发溶胀)和基于表部AAm的组织反应型凝胶(正在超声用意下无体积转变)形成的双压电晶片弯曲致动。同样,引入磁性感触铁凝胶以把持抓具的磁性运动。整个遴选每种水凝胶组合物以实行预期的效用。最先,作家遴选基于NIPAM的水凝胶动作超声驱动的热敏根底凝胶。基于NIPAM的水凝胶反应温度显示出高溶胀举止,这能够通过NIPAM通过蚁合物链与溶剂之间的Flory-Huggins互相用意变更交联密度来描写。

  其次,层状硅酸盐充任入射超声的散射点(图1B)。简而言之,因为超声惹起的层状硅酸盐的振动散失正在对温度敏锐的水凝胶中。然后,因为耗散而形成的热量会触发基于NIPAM的水凝胶的裁减。相反,当超声波闭塞时,基于NIPAM的水凝胶会膨胀直到温度到达初始状况。刺激性无响应性组织凝胶的构成遴选为基于丙烯酰胺(AAm)的水凝胶,与层状硅酸盐羼杂,其体积正在传入的超声用意下仍旧褂讪,以供给组织声援和双压电晶片驱动(图1)。最终,将磁性响应铁凝胶,即负载有铁磁微粒(Fe2O3)的丙烯酰胺凝胶物理地包裹正在水凝胶汇蚁合,然后将其引入抓具中,从而得回精准的操作和羼杂抓具的运动。基于丙烯酰胺的凝胶的运用可确保正在羼杂夹具的重复超声反应样式转变下,分别水凝胶之间的粘附力。

  羼杂水凝胶夹持器是运用双新生物3D打印身手成立的,该身手可供给易于运用的可编程途径导向的增材成立要领。总体成立环节和所得组织如图2A–E所示。最先运用基于刺激的无响应AAm组织胶(图2B)打印了夹具的表部。随后,作家运用基于NIPAM的超声反应凝胶与基于AAm的组织凝胶精准对齐,印刷了夹具的内部(图2C,D)。印刷的秩序由凝胶的相对粘度断定。因为基于AAm的凝胶比基于NIPAM的凝胶更粘,因而最先打印基于AAm的凝胶,然后再打印基于NIPAM的凝胶,以正在打印进程中仍旧夹具的组织完全性。羼杂水凝胶夹具的3D打印后,作家将基于AAm的铁凝胶注入井中(图2E)。因为因为铁磁性微粒的嵌入而使紫表线排泄削减,因而铁凝胶被化学交联并与方圆的孔(即组织凝胶)共价键合而不会分层。铁凝胶一律蚁合后,将夹具的3D打印部门正在UV腔(365 nm)内举行光固化。最终,将统统组织从基材上开释出来,并浸泡正在去离子水中起码12幼时,直到水凝胶系统到达均衡状况。

  图2.拥有可印刷性和弯曲角度特质的成立进程和3D打印的羼杂水凝胶夹持器。

  固然一经表明晰NIPAM和AAm水凝胶的直接墨水书写后果,但作家务必针对特定的墨水因素(即NIPAM,pNIPAM,交联剂,光激励剂和锂皂石的羼杂比例)优化打印要求(比如喷嘴直径,打印压力等)。为了得回牢靠的印刷要求,最先针对分其余喷嘴直径优化了基于NIPAM的凝胶和基于AAm的凝胶的印刷压力(图2F,G)。如图2F,G所示,分其余印刷要求源于基于AAm的墨水和基于NIPAM的墨水的分其余粘弹性。作家察看到基于AAm的墨水的可印刷性正在0.21 mm至0.41 mm的喷嘴直径之间,相应的印刷压力正在15至45 kPa之间(图2F)。关于基于NIPAM的油墨,正在喷嘴直径为0.21至0.41 mm的规模内察看到精准的印刷压力规模(10–30 kPa)(图2G)。图2F,G中的插图遵照分其余印刷压力和喷嘴直径要求透露3D打印的薄方形组织。

  为了商量羼杂式夹具的不受约束的超声自致动,作家接下来表征了正在低强度超声辐射(300 mW/cm2)下羼杂式夹具的样式转换和温度转变。图3A和B分歧显示了超声波辐照之前和之后的夹具的试验照片和红表热图像。相应的红表热图像大白地显示了夹具的温度升高;因为图3A中的温度与方圆水温相。

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