Name: origami inspired self-assembly of patterned and reconfigurable particles
Uploaded: 2013-02-04T09:53:00
Duration: 12 min 33 s
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Wir erkennen aus dem NSF finanziert durch Zuschüsse CMMI 0854881 und CBET 1066898. Die Autoren danken Matthew Mullens für hilfreiche Anregungen.

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	<li>Syms, R. R. A., Yeatman, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+3-dimensional+microstructures+using+rotation+by+surface-tension+forces.">Self-assembly of 3-dimensional microstructures using rotation by surface-tension forces.</a> Electronics Letters. 29 (8), 662-664 (1993).</li><li>Smela, E., Inganas, O., Lundstrom, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+folding+of+micrometer-size+structures.">Controlled folding of micrometer-size structures.</a> Science. 268 (5218), 1735-1738 (1995).</li><li>Ebefors, T., Kalvesten, E., Stemme, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+small+radius+joints+based+on+thermal+shrinkage+of+polyimide+in+V-grooves+for+robust+self-assembly+3D+microstructures.">New small radius joints based on thermal shrinkage of polyimide in V-grooves for robust self-assembly 3D microstructures.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 8, 188-194 (1998).</li><li>Syms, R. 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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solder+self-assembled+micro+axial+flow+fan+driven+by+a+scratch+drive+actuator+rotary+motor.">Solder self-assembled micro axial flow fan driven by a scratch drive actuator rotary motor.</a> , 598-601 (2001).</li><li>Gracias, D. H., Kavthekar, V., Love, J. C., Paul, K. E., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+micrometer-scale,+patterned+polyhedra+by+self-assembly.">Fabrication of micrometer-scale, patterned polyhedra by self-assembly.</a> Advanced Materials. 14 (3), 235-238 (2002).</li><li>Dahlmann, G. W., Yeatman, E. M., Young, P., Robertson, I. D., Lucyszyn, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication,+RF+characteristics+and+mechanical+stability+of+self-assembled+3D+microwave+inductors.">Fabrication, RF characteristics and mechanical stability of self-assembled 3D microwave inductors.</a> Sensors and Actuators A. 97-98, 215-220 (2002).</li><li>Patterson, P. R., 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=A+scanning+micromirror+with+angular+comb+drive+actuation.">A scanning micromirror with angular comb drive actuation.</a> , 544-547 (2001).</li><li>Syms, R. R. A., Yeatman, E. M., Bright, V. M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Tension-Powered+Self-Assembly+of+Microstructures-The+State-of-the-Art.">Surface Tension-Powered Self-Assembly of Microstructures-The State-of-the-Art.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 12 (4), 387-417 (2003).</li><li>Kubota, K., Fleischmann, T., Saravanan, S., Vaccaro, P. O., Aida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+microstage+using+micro-origami+technique+on+GaAs.">Self-assembly of microstage using micro-origami technique on GaAs.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 42, 4079-4083 (2003).</li><li>Boncheva, M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Templated+self-assembly:+Formation+of+folded+structures+by+relaxation+of+pre-stressed,+planar+tapes.">Templated self-assembly: Formation of folded structures by relaxation of pre-stressed, planar tapes.</a> Advanced Materials. 17 (5), 553-557 (2005).</li><li>Hong, Y. K., Syms, R. R. A., Pister, K. S. J., Zhou, L. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+fabrication+and+test+of+self-assembled+optical+corner+cube+reflectors.">Design, fabrication and test of self-assembled optical corner cube reflectors.</a> Journal of Micromechanics and Microengneering. 15, 663-672 (2005).</li><li>Arora, W. J., Nichol, A. J., Smith, H. 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H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+lithographically+patterned+nanoparticles.">Self-assembly of lithographically patterned nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (12), 4049-4052 (2009).</li><li>Azam, A., Laflin, K., Jamal, M., Fernandes, R., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-folding+micropatterned+polymeric+containers.">Self-folding micropatterned polymeric containers.</a> Biomedical Microdevices. 13 (1), 51-58 (2011).</li><li>Azam, A., Leong, T. G., Zarafshar, A. M., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compactness+determines+the+success+of+cube+and+octahedron+self-assembly.">Compactness determines the success of cube and octahedron self-assembly.</a> PLoS One. 4 (2), e4451 (2009).</li><li>Harsh, K., Lee, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+for+solder+self-assembled+MEMS.">Modeling for solder self-assembled MEMS.</a> Proceedings of SPIE. 3289, 177-184 (1998).</li><li>Syms, R. R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Equilibrium+of+hinged+and+hingeless+structures+rotated+using+surface+tension+forces.">Equilibrium of hinged and hingeless structures rotated using surface tension forces.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 4 (4), 177-184 (1995).</li><li>Leong, T. G., Lester, P. A., Koh, T. L., Call, E. K., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+tension-driven+self-folding+polyhedra.">Surface tension-driven self-folding polyhedra.</a> Langmuir. 23, 8747-8751 (2007).</li><li>Harsh, K. F., Bright, V. M., Lee, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solder+self-assembly+for+three-dimensional+microelectromechanical+systems.">Solder self-assembly for three-dimensional microelectromechanical systems.</a> Sensors and Actuators A. 77, 237-244 (1999).</li><li>Nikishkov, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Curvature+estimation+for+multilayer+hinged+structures+with+initial+strains.">Curvature estimation for multilayer hinged structures with initial strains.</a> Journal of Applied Physics. 94 (8), 5333-5336 (2003).</li><li>He, H. Y., Guan, J. J., Lee, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+oral+delivery+device+based+on+self-folding+hydrogels.">An oral delivery device based on self-folding hydrogels.</a> Journal of Controlled Release. 110 (2), 339-346 (2006).</li><li>Luchnikov, V., Sydorenko, O., Stamm, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-rolled+polymer+and+composite+polymer/metal+micro-+and+nanotubes+with+patterned+inner+walls.">Self-rolled polymer and composite polymer/metal micro- and nanotubes with patterned inner walls.</a> Advanced Materials. 17, 1177-1182 (2005).</li><li>Bassik, N., Abebe, B. T., Laflin, K. E., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photolithographically+patterned+smart+hydrogel+based+bilayer+actuators.">Photolithographically patterned smart hydrogel based bilayer actuators.</a> Polymer. 51 (26), 6093-6098 (2010).</li><li>Jamal, M., Zarafshar, A. M., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentially+photo-crosslinked+polymers+enable+self-assembling+microfluidics.">Differentially photo-crosslinked polymers enable self-assembling microfluidics.</a> Nature Communications. 2 (527), 1-6 (2011).</li><li>Harazim, S. M., Xi, W., Schmidt, C. K., Sanchez, S., Schmidt, O. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+applications+of+large+arrays+of+multifunctional+rolled-up+SiO/SiO2+microtubes.">Fabrication and applications of large arrays of multifunctional rolled-up SiO/SiO2 microtubes.</a> Journal of Materials Chemistry. 22, 2878-2884 (2012).</li><li>Randall, C. L., Kalinin, Y. V., Jamal, M., Shah, A., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-folding+immunoprotective+cell+encapsulation+devices.">Self-folding immunoprotective cell encapsulation devices.</a> Nanomedicine. 7 (6), 686-689 (2011).</li><li>Kalinin, Y. V., Randhawa, J. S., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three+dimensional+chemical+patterns+for+cellular+self-organization.">Three dimensional chemical patterns for cellular self-organization.</a> Angewandte Chemie. 50 (11), 2549-2553 (2011).</li><li>Randhawa, J. S., Keung, M. D., Tyagi, P., Gracias, D. 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Keine Interessenskonflikte erklärt.

Unsere Origami-inspirierten Montage ist vielseitig und kann für die Synthese einer Vielzahl von 3D-statische und rekonfigurierbare Teilchen mit einer breiten Palette von Materialien, Formen und Größen verwendet werden. Ferner ist die Fähigkeit zur präzisen Muster Sensoren und elektronischen Modulen auf dieser Partikel für die Optik und Elektronik von Bedeutung. Im Gegensatz zu lückenhaft Partikel durch alternative Methoden, bei denen Muster sind relativ ungenau gebildet, bietet diese Methode ein Mittel, um genau gemustert Partikel zu synthetisieren. In Oberflächenspannung basierenden Anordnung sorgt die Verwendung von Scharnieren Verflüssigen Abdichtung daß die Partikel gut verschlossen und nach der Montage mechanisch steife (beim Abkühlen). Früher haben wir beobachtet, dass die Nähte dicht sind sogar für kleine Moleküle 39,40. Elektroabscheidung von einer dünnen Schicht aus Au nach der Montage kann zusätzliche Festigkeit und zur Verbesserung der auslaufsicheren Art der Nähte. Die Dünnschicht Stress basierte Faltung ist nützlich für Anwendungen, bei denen stimuli reagieren Faltung ist wie in Mikrogreifer, die verwendet wurden, um in vitro und in vivo biologische Proben und in Pick-and-Place-Operationen in der Robotik durchführen erforderlich. Während die hier beschriebenen spezifischen Methodik kann zur rekonfigurierbaren Mikrogreifer, die nur einmal erstellt werden zu schließen, kann die geeignete Wahl der Materialien und Methoden, um Stress in Doppelschichten manipulieren genutzt, um auch erstellen Greifvorrichtungen, die rekonfiguriert werden können über mehrere Zyklen-37, 41 werden. Das Highlight der Verwendung von Eigenspannungen an die Macht dieser Geräte ist, dass sie erfordern keine Anbindehaltung oder Drähte und so haben ausgezeichnete Manövrierbarkeit der Betätigung im harten ermöglichen, Orte zu erreichen. Ferner kann durch eine geeignete Wahl von polymeren Triggern können Reize Ansprechverhalten mit einer Reihe von Stimuli einschließlich Enzyme 42 bis autonomen Funktion relevanten Robotik und Chirurgie ermöglichen aktiviert werden.

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> 950 Poly Methylmethacrylat A11 </td><td> Micro Chem </td><td> M230011 </td><td> Opferschicht </td></tr><tr><td> Verchromte Wolframstäben </td><td> RD Mathis Unternehmen </td><td> CRW-2 </td><td> Verdampfungsquelle für Cr </td></tr><tr><td> Copper slug </td><td> Alfa Aesar </td><td> 7440-50-8 </td><td> Verdampfungsquelle für Cu </td></tr><tr><td> Gold slug </td><td> Alfa Aesar </td><td> 7440-57-5 </td><td> Verdampfungsquelle für Au </td></tr><tr><td> SPR 220 7,0 </td><td> Rohm and Haas </td><td> 10016640 </td><td> Positive Photoresist </td></tr><tr><td> S Serie 1800 Photoresists </td><td> Rohm and Hass </td><td></td><td> Positive photoresist </td></tr><tr><td> Megaposit MF-26 Entwickler </td><td> Rohm and Haas </td><td> 10016574 </td><td> Entwickler für SPR 220 7,0 Fotolack </td></tr><tr><td> Microposit 351 Entwickler </td><td> Rohm and Hass </td><td> 10016653 </td><td> Entwickler für S 1800 Serie Photoresists </td></tr><tr><td> Nickelsulfamat </td><td> Technic Inc. </td><td> 030175 </td><td> Plating Lösung für Ni </td></tr><tr><td> Techni Solder Mate-NF 820 60/40 RTU </td><td> Technic Inc. </td><td> 330681 </td><td> Plating Lösung für Pb-Sn Scharnieren </td></tr><tr><td> APS 100 Kupferätzmittel </td><td> TRANSENE Company Inc. </td><td> 021221 </td><td> Kupferätzmittel </td></tr><tr><td> CRE 473 Chromium Ätzmittel </td><td> TRANSENE Company Inc. </td><td> 040901 </td><td> Chromium Ätzmittel </td></tr><tr><td> 1-Methyl-2-Pyrollidinone (NMP) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M79603 </td><td> Hochsiedenden organischen Lösungsmittel für Pb-Sn Scharnier basierte Self-Faltung </td></tr><tr><td> Indalloy 5RMA Fluss </td><td> Indium Corporation of America </td><td> FL28372 </td><td> Chemikalie, die Lotoberfläche reinigt und hemmt die Oxidation für gute Pb-Sn Reflow </td></tr></tbody></table>

origami inspired self-assembly of patterned and reconfigurable particles

Es gibt zahlreiche Techniken wie Photolithographie, Elektronenstrahl-Lithographie und Soft-Lithographie, die zur präzisen Muster zweidimensionale (2D-) Strukturen werden kann. Diese Technologien sind ausgereift, bieten eine hohe Präzision und viele von ihnen können in einem High-Throughput umgesetzt werden. Wir nutzen die Vorteile der planaren Lithographie und kombinieren sie mit Selbst-Faltmethoden 1-20, wobei physikalische Kräfte aus Oberflächenspannung oder Eigenspannungen abgeleitet, Kurve oder falten planare Strukturen in dreidimensionale (3D) Strukturen verwendet werden. Dabei machen wir es möglich, Masse zu produzieren präzise statische und rekonfigurierbare Partikel, die schwierig zu synthetisieren sind gemustert. In diesem Papier, visualisiert wir ausführlich experimentelle Protokolle zu strukturierenden Teilchen zu erzeugen, insbesondere (a) dauerhaft verbunden, hohl, Polyeder, Selbstorganisation und Selbst-Siegel durch die Minimierung der Oberflächenenergie von verflüssigtem Scharniere 21-23und (b) Greifer dass Selbst-fach durch Restspannung angetriebene Gelenke 24,25. Die spezifische Protokoll beschrieben kann verwendet werden, um Partikel mit Größen im Bereich von insgesamt Mikrometerbereich zu den Skalen Zentimeter Länge erzeugen. Ferner können beliebige Muster auf den Oberflächen der Teilchen von Bedeutung Kolloidforschung, Elektronik, Optik und Medizin definiert werden. Ganz allgemein ist das Konzept der sich selbst organisierenden mechanisch steife Partikel mit selbstdichtenden Scharnieren zutreffend, mit einigen Verfahren Modifikationen, die Schaffung von Partikeln bei noch kleineren, 100 nm Längenskalen 22, 26 und mit einer Reihe von Materialien, einschließlich Metallen 21 , Halbleiter 9 und 27 Polymeren. Bezüglich Restspannung angetriebenen Betätigung rekonfigurierbaren Greifvorrichtungen nutzt unser spezifisches Protokoll Chrom Scharniere relevanten Geräten mit Größen im Bereich von 100 um bis 2,5 mm. Jedoch ganz allgemein das Konzept eines solchen Haltegurt-freie Restspannungbetriebenen Betätigung kann mit alternativen hoher Belastung Materialien wie heteroepitaktisch hinterlegt Halbleiterschichten 5,7 verwendet werden, um möglicherweise zu noch kleineren nanoskaligen Greifvorrichtungen.

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Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

Wir beschreiben experimentellen Details der Synthese von gemusterten und rekonfigurierbare Teilchen von zweidimensionalen (2D) Vorstufen. Diese Methodik kann verwendet werden, um Partikel in einer Vielzahl von Formen, einschließlich Polyeder und Greifvorrichtungen auf Längenskalen Bereich von Mikro-bis Zentimeterbereich erzeugen.

Origami Inspired Selbstorganisation von Patterned und Reconfigurable Particles

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

Bildung geordneter Strukturen Biomolekulare durch die Selbstorganisation von kurzen Peptiden

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Forschung

Chemie

Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

Die Selbstorganisation von Complex zweidimensionale Formen von Einzelstrang-DNA-Fliesen

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this ...

Preparation of Mica and Silicon Substrates for DNA Origami Analysis and Experimentation

Herstellung von Mica und Siliziumsubstraten für die DNA-Origami-Analyse und Experimentieren

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

Pfropfen Multiwalled Carbon Nanotubes mit Polystyrol Selbstmontage ermöglichen und anisotropen führt

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Flüssigkeit-Cell Transmissions-Elektronenmikroskopie zur Nachverfolgung Selbstmontage von Nanopartikeln

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Fabrication of Spherical and Worm-shaped Micellar Nanocrystals by Combining Electrospray, Self-assembly, and Solvent-based Structure Control

Herstellung von sphärischen und Wurm-förmigen Mizellen Nanokristalle durch die Kombination von Elektrospray, Selbstmontage und lösemittelhaltige Strukturkontrolle

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of ...

Bio-inspired Polydopamine Surface Modification of Nanodiamonds and Its Reduction of Silver Nanoparticles

Bio-inspirierte Polydopamine Oberflächenmodifizierung von Nano-Diamanten und der Reduktion von Silber-Nanopartikeln

Surface functionalization of nanodiamonds (NDs) is still challenging due to the diversity of functional groups on the ND surfaces. Here, we demonstrate a ...

Gene-therapy Inspired Polycation Coating for Protection of DNA Origami Nanostructures

Gentherapie inspiriert Polykation Beschichtung zum Schutz der DNA Origami Nanostrukturen

DNA origami nanostructures hold an immense potential to be used for biological and medical applications. However, low-salt conditions and nucleases in ...

Synthesis of Monodisperse Cylindrical Nanoparticles via Crystallization-driven Self-assembly of Biodegradable Block Copolymers

Synthese von monodispersen zylindrischen Nanopartikeln durch kristallisationsgesteuerte Selbstmontage von biologisch abbaubaren Blockcopolymeren

The production of monodisperse cylindrical micelles is a significant challenge in polymer chemistry. Most cylindrical constructs formed from diblock ...

DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications

DNA Origami-vermittelte Substrat Nanomusterung von anorganischen Strukturen für Sensoranwendungen

Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA ...