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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Reconhecemos financiamento da NSF, através de bolsas de CMMI 0854881 e 1066898 CBET. Os autores agradecem Mullens Mateus para sugestões úteis.

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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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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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F., Maleki, T., Ziaie, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+self-assembled+3D+microelectrode+array.">A self-assembled 3D microelectrode array.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 20, 035013 (2010).</li><li>Ionov, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+microorigami:+self-folding+polymer+films.">Soft microorigami: self-folding polymer films.</a> Soft Matter. 7, 6786-6791 (2011).</li><li>Randall, C. L., Gultepe, E., Gracias, D. 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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. 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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. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+actuation+of+microstructures+by+surface+chemical+modification+of+thin+film+bilayers.">Reversible actuation of microstructures by surface chemical modification of thin film bilayers.</a> Advanced Materials. 22 (3), 407-410 (2010).</li><li>Bassik, N., 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=Enzymatically+triggered+actuation+of+miniaturized+tools.">Enzymatically triggered actuation of miniaturized tools.</a> Journal of the American Chemical Society. 132, 16314-16317 (2010).</li></ol>

Não há conflitos de interesse declarados.

O nosso processo de montagem origami de inspiração é versátil e pode ser utilizado para a síntese de uma variedade de partículas 3D estáticos e reconfiguráveis ​​com uma vasta gama de materiais, formas e tamanhos. Além disso, a capacidade de os sensores precisamente padrão e módulos electrónicos sobre essas partículas é importante para a óptica e electrónica. Em contraste com as partículas irregulares formadas por métodos alternativos, em que os padrões são relativamente imprecisa, esta metodologia proporciona um meio para sintetizar partículas precisamente estampados. Na montagem da tensão superficial base, a utilização de dobradiças de liquefacção de vedação garante que as partículas são bem selado e mecanicamente rígida após a montagem (por arrefecimento). Anteriormente, observamos que as costuras são à prova de vazamentos, mesmo para pequenas moléculas 39,40. Electrodeposição de uma camada fina de Au, após a montagem pode proporcionar resistência adicional e realçar a natureza estanque das costuras. A dobradura estresse película fina com base é útil para aplicações em que Sãoimuli dobrável responsiva é necessária, como em microgrippers que têm sido utilizados para efectuar in vitro e in vivo de amostragem biológica e em pick-and-place operações em robótica. Embora a metodologia específica aqui descritas podem ser utilizadas para criar microgrippers reconfiguráveis ​​que apenas fechar uma vez, a escolha apropriada de materiais e métodos para manipular o stress em bicamadas podem ser utilizados também para criar dispositivos de preensão que podem ser reconfigurados durante vários ciclos de 37, 41. O destaque do uso de tensão residual para alimentar estes dispositivos é que eles não requerem quaisquer amarras ou fios e por isso têm uma excelente manobrabilidade para permitir atuação em locais de difícil acesso. Além disso, por uma escolha apropriada de gatilhos poliméricos, estímulos comportamento responsivo pode ser ativado com uma variedade de estímulos, incluindo enzimas 42 Para habilitar a função autónoma de relevância para a robótica e cirurgia.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do reagente </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentários </td></tr><tr><td> 950 A11 metacrilato Poly metil </td><td> Micro Chem </td><td> M230011 </td><td> Camada de sacrifício </td></tr><tr><td> Cromadas hastes de tungstênio </td><td> RD Empresa Mathis </td><td> CRW-2 </td><td> Fonte de evaporação para o Cr </td></tr><tr><td> Lesma cobre </td><td> Alfa Aesar </td><td> 7440-50-8 </td><td> Fonte de evaporação para Cu </td></tr><tr><td> Lesma ouro </td><td> Alfa Aesar </td><td> 7440-57-5 </td><td> Fonte de evaporação por Au </td></tr><tr><td> SPR 220 7,0 </td><td> Rohm and Haas </td><td> 10016640 </td><td> Fotorresiste positivo </td></tr><tr><td> S série 1800 fotorresistentes </td><td> Rohm and Hass </td><td></td><td> P positivohotoresist </td></tr><tr><td> Megaposit MF-26 Um desenvolvedor </td><td> Rohm and Haas </td><td> 10016574 </td><td> Desenvolvedor para SPR 220 7,0 fotorresiste </td></tr><tr><td> Microposit 351 desenvolvedor </td><td> Rohm and Hass </td><td> 10016653 </td><td> Desenvolvedor para série S 1800 fotorresistentes </td></tr><tr><td> Sulfamato níquel </td><td> Technic Inc. </td><td> 030175 </td><td> Solução de galvanização para Ni </td></tr><tr><td> Techni-Mate solda NF 820 60/40 RTU </td><td> Technic Inc. </td><td> 330681 </td><td> Solução de galvanização para Pb-Sn dobradiças </td></tr><tr><td> APS 100 Cobre etchant </td><td> Transene Company Inc. </td><td> 021221 </td><td> Cobre etchant </td></tr><tr><td> CRE 473 Cromo etchant </td><td> Transene Company Inc. </td><td> 040901 </td><td> Cromo etchant </td></tr><tr><td> 1-Metil-2-Pyrollidinone (NMP) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M79603 </td><td> Alto ponto de ebulição solvente orgânico para Pb-Sn dobradiça com base auto-dobrável </td></tr><tr><td> Indalloy 5RMA fluxo </td><td> Índio Corporation of America </td><td> FL28372 </td><td> Químico que limpa a superfície de solda e inibe a oxidação para o bem Pb-Sn reflow </td></tr></tbody></table>

origami inspired self-assembly of patterned and reconfigurable particles

Existem inúmeras técnicas, tais como a litografia de fotolitografia, feixe de electrões e de litografia suave que pode ser usado para padrão de precisão de duas dimensões (2D) estruturas. Estas tecnologias são maduros, oferecem alta precisão e muitos deles podem ser implementados de um modo de alto rendimento. Aproveitamos as vantagens de litografia planar e combiná-los com a auto-rebatíveis métodos 1-20 em que as forças físicas derivadas da tensão superficial ou tensão residual, são utilizados para curva ou dobra estruturas planares em três dimensões (3D) estruturas. Ao fazer isso, nós tornamos possível para produzir em massa modelada precisamente partículas estáticas e reconfiguráveis ​​que são um desafio para sintetizar. Neste trabalho, nós detalhes visualizado protocolos experimentais para criar partículas com padrões, nomeadamente, (a) permanentemente ligado, oco, poliedros que se auto-montar e auto-selo devido à minimização da energia de superfície de dobradiças liquefeitos 21-23e (b) que se auto-pinças vezes devido a tensões residuais dobradiças movidos 24,25. O protocolo específico descrito pode ser usado para criar partículas com dimensões globais que vão desde o micrómetro para as escalas de comprimento centímetros. Além disso, os padrões arbitrários podem ser definidas sobre as superfícies das partículas de importância na ciência coloidal, electrónica, óptica e da medicina. De modo mais geral, o conceito de auto-montagem de partículas mecanicamente rígidas com auto-vedantes dobradiças é aplicável, com algumas modificações do processo, para a criação de partículas com menor ainda, a 100 nm de comprimento escalas 22, 26 e com uma gama de materiais, incluindo metais 21 , semicondutores e polímeros 9 27. No que diz respeito à actuação tensão residual alimentado de dispositivos de preensão reconfiguráveis, o nosso protocolo específico utiliza dobradiças de crómio de relevância para dispositivos com tamanhos que variam de 100 fim a 2,5 mm. No entanto, de modo mais geral, o conceito de estresse tirante livre residual talaccionamento motorizado pode ser usado com altas tensões alternadas de materiais tais como películas de semicondutores depositados heteroepitaxially 5,7 a criar possivelmente até mesmo pequenas nanoescala dispositivos de preensão.

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Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

Descrevemos detalhes experimentais para a síntese de partículas e reconfiguráveis ​​estampados a partir de duas dimensões (2D) precursores. Esta metodologia pode ser utilizada para criar partículas, em uma variedade de formas, incluindo poliedros e dispositivos de preensão em escalas de comprimento variando entre o micro escala de centímetro.

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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

Fabricação de nanocristais micélica esférico e em forma de verme, combinando Electrospray, auto-montagem e controle de estrutura de base solvente

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

Modificação de superfície de Polydopamine bio-inspirada de nanodiamantes e sua redução de nanopartículas de prata

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

Gene-terapia inspirou Polycation revestimento para proteção de nanoestruturas de Origami de DNA

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

Síntese de nanopartículas cilíndricas Monodispersa via auto-montagem orientada por cristalização de copolímeros de blocos biodegradáveis

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-mediada substrato Nanopatterning de estruturas inorgânicas para aplicações de sensoriamento

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