通過壓力把橡膠和塑料緊緊粘在一起，內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的化學(xué)家們簡化了小型流體輸送通道的生產(chǎn)，這些通道可以驅(qū)動(dòng)軟機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，并能夠在微觀尺度上進(jìn)行化學(xué)分析。

這項(xiàng)技術(shù)在有機(jī)硅和前所未有的塑料之間創(chuàng)造了更強(qiáng)的化學(xué)鍵，可以大大減少生產(chǎn)和定制微流體設(shè)備所需的時(shí)間、復(fù)雜性和費(fèi)用。

化學(xué)助理教授Stephen Morin表示，“我們非常興奮，因?yàn)槲覀兲峁┑募夹g(shù)能夠以簡化的方式成功整合不同的材料，并支持大量的實(shí)際應(yīng)用。我們認(rèn)為這確實(shí)能給社會(huì)帶來新的機(jī)會(huì)。”

在展示這些機(jī)會(huì)的過程中，他們使用一個(gè)基本的軟件程序來設(shè)計(jì)微流控網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的激光打印機(jī)，將這些通道映射到一個(gè)透明的Mylar薄片上。研究人員將塑料片暴露在紫外線下并將其浸入溶液后，研究人員將片材放在硅膠膜上并加熱。

塑料和硅膠牢固地結(jié)合在一起，除了打印機(jī)油墨標(biāo)記的路徑之外。當(dāng)團(tuán)隊(duì)將空氣或液體泵入這些未結(jié)合的部位時(shí)，流體以所施加的壓力所決定的速度流過它們，這些壓力比以前的粘接技術(shù)所承受的壓力高幾倍。

軟體機(jī)器人和微觀實(shí)驗(yàn)室

微流體網(wǎng)絡(luò)可適應(yīng)多種液體的流動(dòng)和混合，基本上充當(dāng)分析化學(xué)技術(shù)的微觀實(shí)驗(yàn)室，否則需要諸如燒杯的傳統(tǒng)設(shè)備。通過微流體通道的氣流還可以控制軟機(jī)器人手臂、夾具和遠(yuǎn)程手術(shù)、空間探索和食品加工的零部件組件的運(yùn)動(dòng)。

Morin說：“我使用的比喻是：你寧愿有某種柔軟的抓手對你進(jìn)行手術(shù)，或者你愿意讓終結(jié)者這么做。當(dāng)終結(jié)者這樣做的時(shí)候，如果在控制反饋環(huán)路中出現(xiàn)了問題，那么就有一個(gè)很大的問題，但是當(dāng)你使用軟體機(jī)器人手爪的時(shí)候，如果出現(xiàn)問題，失敗的時(shí)候也只會(huì)像泄氣的氣球一樣?！?/span>

制造商通常將經(jīng)過定制的掩模通過光投影到化學(xué)處理的表面上，然后將該圖案復(fù)制到橡膠中，最后在用塑料或玻璃覆蓋通道之前模制通道來創(chuàng)建微流體模式。但許多研究人員必須將他們的設(shè)計(jì)發(fā)送到專門的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，經(jīng)常等待一兩個(gè)星期后才能拿到模具。哪怕是稍微修改一下設(shè)計(jì)，可能意味著又一兩個(gè)星期的等待。

相比之下，內(nèi)布拉斯加大學(xué)的團(tuán)隊(duì)只需要一小時(shí)就可以生產(chǎn)出具有微流控網(wǎng)絡(luò)的塑料硅段。與傳統(tǒng)的將硅膠粘接在一起的方法不同，這個(gè)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)使得它能夠包含大量價(jià)格便宜、易于接觸的商品塑料 - 價(jià)格便宜，而這些品種之前是無法與硅膠粘合的。

Morin說：“我們對為什么塑料可以使用的原因有限，以及化學(xué)方面正在發(fā)生什么導(dǎo)致這種限制的問題感興趣。我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，沒有人真正徹底地對待過這個(gè)問題，我們退后一步說：‘我們?nèi)绾喂膭?lì)表面化學(xué)的行為，給我們提供非常可靠、有力的紐帶呢？’

 “之前做過這種事情的人依靠低壓力和開放式的設(shè)計(jì)，所以他們確實(shí)沒有推進(jìn)傳統(tǒng)微流體技術(shù)的制造工藝。在這里，化學(xué)的研究方法是...我們可以直接訪問這些應(yīng)用，打印微流控設(shè)備，打印軟體機(jī)器人設(shè)備?！?/span>

折痕和Sharpies

Morin和他的同事們還展示了其粘合技術(shù)所帶來的其他優(yōu)點(diǎn)。研究小組發(fā)現(xiàn)，在用硅樹脂粘合之前對Mylar片材進(jìn)行壓痕可以調(diào)整機(jī)器人手臂和夾具的運(yùn)動(dòng)。例如，以90度的角度折疊幾次，使得手臂更加卷曲。以45度的角度對其進(jìn)行折痕，會(huì)使手臂左右扭曲，這取決于研究人員將其折疊的方向。Morin說，這種多功能性的水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有方法所提供的水平。

由于油墨可以防止硅膠和塑料粘合，所以該團(tuán)隊(duì)還將已經(jīng)打印好的添加微流體通道的薄片修改為現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，只需用標(biāo)記進(jìn)行繪制即可。Morin說，這種能力，加上相對容易的生產(chǎn)，可以使技術(shù)吸引教育工作者和科學(xué)的外聯(lián)小組。

他說：“我們認(rèn)為這是一個(gè)有趣的機(jī)會(huì)，可以進(jìn)一步簡化流程，在這個(gè)過程中，您可以將某種模板發(fā)送給不同的教育組織或研討會(huì)。因?yàn)槟阏娴闹恍枰粋€(gè)烤箱和一個(gè)（紫外線）光源，所以你可以讓這些小組探索這種技術(shù)，他們可以用Sharpie來定制它?！?/span>

該團(tuán)隊(duì)已將研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。

（文章來源:機(jī)器人網(wǎng) 科學(xué)網(wǎng)科學(xué)網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除）