中空双螺旋微机器人的飞秒激光动态全息高效加工

宋博文; 李家文

doi:10.37188/OPE.20212909.2101

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中空双螺旋微机器人的飞秒激光动态全息高效加工

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2021-10-08

- 中空双螺旋微机器人的飞秒激光动态全息高效加工
- Rapid fabrication of hollow double helix microrobot using femtosecond laser dynamic holograpic method
- 光学精密工程 2021年29卷第9期页码：2101-2107
- 作者机构：
  
  中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽合肥 230027
- 作者简介：
  
  [ "宋博文（1996-），男，江西宜春人，硕士研究生，2018年于合肥工业大学获得学士学位，主要从事飞秒激光加工和光场调控方面的研究。E-mail： ustcsbw@mail.ustc.edu.cn宋博文（1996-），男，江西宜春人，硕士研究生，2018年于合肥工业大学获得学士学位，主要从事飞秒激光加工和光场调控方面的研究。E-mail： ustcsbw@mail.ustc.edu.cn" ]
  [ "李家文（1971-），男，安徽舒城人，博士，副教授，2011年于中国科学技术大学获得博士学位，2011年至2013年为中国科学技术大学博士后，2015年至2016年为美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）纳米工程系访问学者，主要从事飞秒激光加工、三维生物打印技术及应用、微纳功能表面及功能器件、结构色机理及加工等方面的研究。E-mail： jwl@ustc.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52075516;51675503;61475149;51405464;61675190;51605463);中央高校基本研究经费资助项目(WK2480000002);中国博士后科学基金资助项目(2016M590578;2016M602027);中科院仪器研制项目(YZ201566)
- DOI：10.37188/OPE.20212909.2101
  中图分类号： TN249
- 收稿日期：2021-03-10，
  
  修回日期：2021-03-30，
  
  纸质出版日期：2021-09-15
- 稿件说明：
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宋博文,李家文.中空双螺旋微机器人的飞秒激光动态全息高效加工[J].光学精密工程,2021,29(09):2101-2107.

SONG Bo-wen,LI Jia-wen.Rapid fabrication of hollow double helix microrobot using femtosecond laser dynamic holograpic method[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(09):2101-2107.
宋博文,李家文.中空双螺旋微机器人的飞秒激光动态全息高效加工[J].光学精密工程,2021,29(09):2101-2107. DOI： 10.37188/OPE.20212909.2101.

SONG Bo-wen,LI Jia-wen.Rapid fabrication of hollow double helix microrobot using femtosecond laser dynamic holograpic method[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(09):2101-2107. DOI： 10.37188/OPE.20212909.2101.

摘要

为了实现微机器人的快速批量制造，提出一种飞秒贝塞尔光束叠加干涉方法生成带侧瓣的环形光场，并结合动态全息加工术实现了中空螺旋微机器人的高效制造。对根据贝塞尔传输函数生成的贝塞尔全息图进行叠加，并对产生的光场进行仿真和实验测量。利用叠加的全息图加工得到具有不同侧瓣数目（2~4）的环形结构，分析了两种不同参数对侧瓣宽度和圆环直径的影响。通过引入动态全息加工方法，实现了中空双螺旋微机器人的高效快速加工，微机器人宽为25 µm、长度为100 µm。最后，利用旋转磁场驱动微机器人在微流体环境实现运动。实验表明，加工单个微机器人仅需6 s，旋转磁场下微机器人在7 s内沿直线前进400 µm。该动态全息方法能够快速制备出中空双螺旋微机器人并实现无线磁驱动，为批量制造具有运载能力的磁驱微机器人提供了一种新的途径。

Abstract

To realize rapid mass fabrication of microrobots， in this study， a femtosecond Bessel beam superposition interference method is proposed to generate a circular light with side lobes. Combined with dynamic holographic processing， this method enables hollow helix microrobots to be efficiently fabricated. First， Bessel holograms generated according to the Bessel transmission function are superposed， and the generated light field is simulated and experimentally measured. Next， ring structures with different numbers of side lobes （2-4） are fabricated using the superimposed holograms， and the effects of two parameters on the width of the side lobe and diameter of the ring are analyzed. Subsequently， hollow double helix microrobots with widths of 25 µm and lengths of 100 µm are rapidly fabricated by introducing the dynamic holographic processing method. Finally， the microrobots are driven by a rotating magnetic field in a microfluidic environment. Experimental results indicate that only 6 s are required to process a microrobot and that the microrobots advance 400 µm in a straight line in 7 s under a rotating magnetic field. This method provides a promising means of mass manufacturing helix microrobots and has immense application value in fields such as noninvasive surgery and drug delivery.

关键词

Keywords

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