Casos de éxito del Cliente | Nature materials: inspirados en hojas de loto, sensores de presión ultrasensibles para monitoreo inalámbrico de presión intracraneal y cirugía laparoscópica

Universidad Nacional de SingapurAutor de la comunicaciónDr. Benjamin C. K. TeeY otros,Inspirado en el fenómeno de la envoltura de gas en la superficie de la hoja de loto, se ha diseñado un sensor de presión capaz de modular la presión cambiando el capacitor en estas interfaces utilizando una interfaz multifase de gas sólido, líquido y elástico. El sensor está compuesto porNanoscribeBasado enPrincipio de polimerización de dos fotonesProducción del sistema de Microprocesamiento ppgt2.Este método de producción reduce la fricción y logra un movimiento de línea de contacto casi sin fricción, logrando así el rendimiento de detección de presión de zhuoyue. El sensor mostró su función en condiciones desafiantes, incluyendo flujos turbulentos, entornos biológicos en el cuerpo y cirugía laparoscópica.

Los trabajos relacionados se titulan "interfaz multifacética de fricciones para el envío de presión aeroespacial - ideológica cercana" y se publican enMateriales naturalesEn la revista. Los coautores son de la Universidad Nacional de Singapur.Wen Cheng, Xinyu WangDe la Universidad de Ciencia y tecnología de ShanghaiDr. kumazawa.

[verificar el impacto del diseño de la microestructura en la repetibilidad del sensor]

La investigación tiene como objetivo desarrollar un nuevo sensor de presión, conocido como eair, cuyo diseño está inspirado en el fenómeno de la interfaz agua - aire en la superficie no humectante de las hojas de loto. A diferencia de los sensores de presión de estado sólido tradicionales, los investigadores lograron un movimiento de línea de contacto sin fijación en un sistema multifásico sólido - líquido - líquido estructurado a múltiples escalas a través de la tecnología de polimerización de dos fotones nanoscribe, creando un nuevo sensor de presión capacitiva elástico de vuelo. Con la planta de Neptuno de flores del Nilo como modelo, se utiliza una microestructura de matriz de columnas de pared hexagonal para hacer sensores en miniatura (~ 0,5 mm3). La superficie del cilindro está diseñada como un electrodo de trabajo que se vuelve súper resbaladizo inyectando el lubricante en la nanoestructura conductora. Bajo diferentes presiones líquidas, el líquido puede humedecer / deshumidificar el electrodo de la columna sin producir un retraso en el ángulo de contacto. Este proceso cambia el área de contacto del electrodo líquido, lo que cambia el capacitor. En comparación con otros sensores de presión que operan en ambientes líquidos, estos sensores permiten medir pequeñas fluctuaciones de presión en el líquido, con un retraso ultra bajo (1,34 ± 0,20%), una alta sensibilidad (79,1 ± 4,3 PF kPa ~ - 1) y una alta lineal (r2 = 09994 ± 000015); No lineal 1,49 ± 0,17%).

Figura 1 concepto y diseño de eair. a、 Diagrama esquemático de la interfaz agua - aire en la superficie no humectante de las hojas de loto. El gas está atrapado entre las estructuras debajo de la interfaz líquido - gas. A medida que cambia la presión del agua, la interfaz se mueve hacia arriba y hacia abajo. b、 Respuesta sensible a la presión del sensor hecho de hojas de loto. C. diagrama esquemático del diseño de eair. La superficie del cilindro se utiliza como electrodo de trabajo y se inspira en plantas de Ratán para volverse superresbaladizo inyectando el lubricante en la nanoestructura conductora. El líquido puede humedecer / deshumidificar el electrodo de la columna a diferentes presiones líquidas sin producir un retraso en el ángulo de contacto. Este proceso cambia el área de contacto del electrodo líquido, lo que cambia el capacitor. Ilustración: circuito equivalente de eair. Ccounter， Condensadores eléctricos de doble capa en la interfaz líquido - electrodo; CEDL.ct， Condensadores eléctricos de doble capa en la interfaz de recubrimiento de electrodos de trabajo líquidos; Cd.ct， Condensadores dieléctrico entre el electrodo de trabajo y la interfaz de recubrimiento superficial - líquido; Cd+air， Los condensadores entre el electrodo de trabajo y el líquido se conducen a través del gas; C0， Condensadores de interfaz en áreas inactivos. D. respuesta de detección de presión de eiar. E. diagrama esquemático de la composición de los condensadores de los dispositivos eair y superficies marcadas con i - IV con diferentes propiedades de humectación para regular el rendimiento de los sensores. La etiqueta (izquierda) corresponde a la ilustración en C. Δθ， El ángulo de contacto de la superficie está rezagado. A medida que la rugosidad de la superficie disminuye de IV a i, también disminuye△theta, lo que indica una transición de una fuerte adhesión al deslizamiento sin fricción del líquido. Estos cambios en las propiedades de la superficie afectan el rendimiento del sensor. f、 Diagrama esquemático del rendimiento del umbral positivo / inverso del sensor de presión no ideal, así como diagrama esquemático del rendimiento lineal y sin retraso del sensor de presión ideal. g、 Comparación del rendimiento lineal con el sensor de presión ambiente líquido reportado. Para resaltar la diferencia, se define la lineal (1 / (1 - r2) para la comparación. R2 (coeficiente de determinación) es el valor del resultado de ajuste lineal de la curva de rendimiento del equipo correspondiente: cuanto mayor sea la lineal, mejor será la lineal.

[verificar el impacto del rendimiento de humedad de la interfaz en el rendimiento del sensor]

Cuatro superficies diferentes diseñadas en el estudio, marcadas de I a IV. al ajustar la rugosidad y la energía de las superficies, estas tienen diferentes ángulos de contacto y retrasos en los ángulos de contacto. Los investigadores encontraron que diferentes superficies tratadas pueden causar diferentes grados de fijación de la línea de contacto en la superficie del líquido, afectando así los valores del ángulo de avance y el ángulo de contacto rezagado. En casos de alta rugosidad superficial, como las superficies III y iv, debido a la presencia de nanocables de Polianilina (pani), se mejora significativamente la fijación de los cables de contacto. Al mismo tiempo, estas superficies pueden desarrollarNo nacerCambio reversibleLa transformación hace que el retraso del ángulo de avance y el ángulo de contacto aumente después de la aplicación de la presión. El sistema de micromecánica de dos fotones nanoscribe puede lograr que la rugosidad de la superficie se reduzca a la escala nanométrica. En experimentos como la superficie ii, el retraso del ángulo de avance y el ángulo de contacto también se reducirá en consecuencia. En la superficie i, al aplicar aceite de silicona, la superficie se vuelve muy lisa, similar a un líquido resbaladizo que penetra en la superficie poroso. Esto hace que la línea de contacto se fije menos y el ángulo de avance se reduzca.El retraso del ángulo de contacto es casi insignificante.Los investigadores también observaron que las diferentes características de humectación de la interfaz pueden afectar directamente el rendimiento del sensor. Específicamente, cuanto mayor sea el ángulo de avance, mayor será el umbral positivo del sensor; Cuanto mayor sea el retraso del ángulo de contacto, mayor será el umbral inverso y el rendimiento del retraso del sensor. Estos resultados proporcionan orientación para el ajuste del rendimiento del sensor.

El nuevo sistema de plataforma de la serie Quantum X de nanoscribe cuenta con tecnología de litografía en escala de grises (2gl) ®)， Se puede lograr una alta libertad de diseño, una alta eficiencia de impresión de alta velocidad y la alta precisión necesaria para agregar materiales para fabricar superficies superlisas de estructuras complejas. El proceso de fabricación rápido y preciso de materiales añadidos acorta en gran medida el ciclo iterativo de diseño. Quantum x shape es un modelo Todopoderoso en el verdadero sentido de la palabra. Basado en la tecnología de polimerización de dos fotones, el sistema de escritura directa láser no solo es el mejor modelo para la producción de prototipos rápidos, sino que también es adecuado para la producción a gran escala de 2.5d y formas 3D basadas en cualquier precisión submicron en la obleas. La alta precisión de la nueva forma cuántica x depende de la relación de modulación de voxel y la red de procesamiento ultrafino con sus capacidades más altas, logrando así el control de tamaño de voxel. Además, gracias al ajuste fino de los voxeles por fotolitografía gris de dos fotones, el sistema puede lograr un ultraliso en la fabricación de microestructuras superficiales, manteniendo al mismo tiempo un control de forma de alta precisión. La forma cuántica X no solo se aplica a la biomedicina, la micrografía, MEMS、 Las herramientas ideales para la rápida creación de prototipos de dispositivos en microcanales, ingeniería de superficies y muchos otros campos también se han convertido en herramientas simples para la producción en masa de pequeñas unidades estructurales basadas en obleas.

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