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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Reconocemos la financiación de la NSF a través de subvenciones CMMI 0854881 y 1066898 CBET. Los autores agradecen a Mullens Mateo por sus útiles sugerencias.

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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. 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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>

No hay conflictos de interés declarado.

Nuestra origami de inspiración proceso de montaje es versátil y se puede utilizar para sintetizar una variedad de 3D partículas estáticas y reconfigurable con una amplia gama de materiales, formas y tamaños. Además, la capacidad de sensores modelo precisamente y módulos electrónicos en estas partículas es importante para la óptica y la electrónica. En contraste con las partículas irregulares formadas por métodos alternativos, donde los patrones son relativamente imprecisos, esta metodología proporciona un medio para sintetizar partículas precisamente estampadas. En el montaje de la tensión superficial basada en el uso de licuefacción de bisagras de sellado asegura que las partículas están bien sellados y mecánicamente rígida después del montaje (en refrigeración). Previamente, hemos observado que las costuras son a prueba de fugas incluso para las moléculas pequeñas 39,40. La electrodeposición de una fina capa de Au después del montaje se puede proporcionar resistencia adicional y mejorar la naturaleza a prueba de fugas de las costuras. El plegado película delgada a base de esfuerzo es útil para aplicaciones en las que stplegable imuli sensible se requiere, como en micropinzas que se han utilizado para llevar a cabo in vitro e in vivo y toma de muestras biológicas en las operaciones de pick-and-place en robótica. Mientras que el método específico que se describe aquí se puede utilizar para crear micropinzas reconfigurables que sólo cerrará una vez, la elección adecuada de materiales y métodos para manipular el estrés en las bicapas se puede utilizar también para crear dispositivos de agarre que puede ser reconfigurado a través de múltiples ciclos de 37, 41. El punto culminante de la utilización de la tensión residual para alimentar estos dispositivos es que no requieren correas o cables y así tener una excelente maniobrabilidad para permitir la actuación en lugares de difícil acceso. Además, mediante una elección apropiada de los activadores poliméricos, el comportamiento de los estímulos de respuesta se puede activar con una serie de estímulos, incluyendo enzimas 42 para habilitar la función autónoma de relevancia a la robótica y la cirugía.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nombre del reactivo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios </td></tr><tr><td> 950 metil metacrilato Poly A11 </td><td> Micro Chem </td><td> M230011 </td><td> Capa de sacrificio </td></tr><tr><td> Cromadas barras de tungsteno </td><td> RD Mathis Empresa </td><td> CRW-2 </td><td> La evaporación fuente de Cr </td></tr><tr><td> Cobre babosa </td><td> Alfa Aesar </td><td> 7440-50-8 </td><td> La evaporación fuente de Cu </td></tr><tr><td> Oro babosa </td><td> Alfa Aesar </td><td> 7440-57-5 </td><td> La evaporación fuente de Au </td></tr><tr><td> SPR 220 7.0 </td><td> Rohm and Haas </td><td> 10016640 </td><td> Fotorresistente positivo </td></tr><tr><td> S 1800 series fotoresinas </td><td> Rohm y Hass </td><td></td><td> P Positivohotoresist </td></tr><tr><td> Megaposit MF-26 Un desarrollador </td><td> Rohm and Haas </td><td> 10016574 </td><td> Revelador para SPR 220 7.0 fotoprotector </td></tr><tr><td> Microposit 351 desarrolladores </td><td> Rohm y Hass </td><td> 10016653 </td><td> Revelador para S 1800 series fotoresinas </td></tr><tr><td> Níquel sulfamato </td><td> Technic Inc. </td><td> 030175 </td><td> Revestimiento solución para Ni </td></tr><tr><td> Techni Solder mate NF 820 60/40 RTU </td><td> Technic Inc. </td><td> 330681 </td><td> Revestimiento solución de Pb-Sn bisagras </td></tr><tr><td> APS 100 Cobre grabador </td><td> Transene Company Inc. </td><td> 021221 </td><td> Cobre grabador </td></tr><tr><td> CRE 473 Cromo grabador </td><td> Transene Company Inc. </td><td> 040901 </td><td> El cromo grabador </td></tr><tr><td> 1-Metil-2-Pyrollidinone (NMP) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M79603 </td><td> Alto punto de ebullición disolvente orgánico para Pb-Sn bisagra base de auto-plegado </td></tr><tr><td> Indalloy 5RMA flujo </td><td> Indium Corporation of America </td><td> FL28372 </td><td> Químico que limpia la superficie de la soldadura y inhibe la oxidación de una buena Pb-Sn reflujo </td></tr></tbody></table>

origami inspired self-assembly of patterned and reconfigurable particles

Existen numerosas técnicas tales como la fotolitografía, la litografía por haz de electrones y suave-litografía que pueden ser utilizadas para determinar patrón de dos dimensiones (2D) estructuras. Estas tecnologías son maduros, ofrecen una alta precisión y muchos de ellos se puede implementar en una forma de alto rendimiento. Aprovechamos las ventajas de la litografía plana y combinarlos con métodos de auto-plegado 1-20 en el que las fuerzas físicas derivadas de la tensión superficial o tensión residual, se utilizan para curva o doblez estructuras planas en tres dimensiones (3D) de estructuras. Al hacerlo, nosotros lo hacemos posible producir en masa modelada con precisión las partículas estáticas y reconfigurable que están desafiando a sintetizar. En este trabajo, se visualizó detalle protocolos experimentales para crear partículas modeladas, en particular, (a) unido permanentemente, hueco, poliedros que se auto-ensamblan y auto-sellado debido a la minimización de la energía superficial de las bisagras licuados 21-23y (b) que la auto pinzas veces debido a las bisagras de tensión residual potencia 24,25. El protocolo descrito se puede utilizar para crear partículas con tamaños totales que van desde el micrómetro a las escalas de longitud centímetro. Además, los patrones arbitrarios se pueden definir en las superficies de las partículas de importancia en la ciencia coloidal, electrónica, óptica y la medicina. Más en general, el concepto de auto-montaje de partículas mecánicamente rígidas con bisagras de cierre automático es aplicable, con algunas modificaciones del proceso, a la creación de partículas en más pequeño, incluso escalas de longitud 100 nm 22, 26 y con una gama de materiales, incluyendo metales 21 , 9 semiconductores y polímeros 27. Con respecto a la actuación de tensiones residuales suministro de corriente de los dispositivos reconfigurables de agarre, nuestro protocolo específica utiliza bisagras de cromo de relevancia para los dispositivos con tamaños que van desde 100 micras a 2,5 mm. Sin embargo, más en general, el concepto de tal sujeción libre de tensiones residualesaccionamiento motorizado se puede utilizar con alternativas de alto estrés materiales tales como películas de semiconductores depositados heteroepitaxially 5,7 para crear, posiblemente, incluso más pequeños dispositivos a nanoescala de agarre.

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Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

Se describen detalles experimentales de la síntesis de partículas modeladas y reconfigurable de dos dimensiones (2D) precursores. Esta metodología se puede utilizar para crear las partículas en una variedad de formas, incluyendo poliedros y dispositivos de agarre en escalas de longitud que van desde el micro a escala de centímetros.

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Fabricación de nanocristales micelar esférica y en forma de gusano combinando Electrospray, uno mismo-Asamblea y Control de la estructura 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

Modificación de superficie bio-inspirado de la Polydopamine de nano-diamantes y su reducción de nanopartículas de plata

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

Terapia génica inspirado POLICATIÓN recubrimiento para protección de nanoestructuras de Origami de ADN

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

Síntesis de nanopartículas cilíndricas monodispersas mediante autoensamblaje basado en cristalización de copolímeros de bloques biodegradables

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

Nanopatrón de nanopatrón de nanopatrón de sustrato mediado por origami de ADN para aplicaciones de cizallamiento

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