Üretimde ‘Polimer’ sınırı aşıldı: Her malzemeden 3D mikro yapı basılabilecek

Max Planck Akıllı Sistemler Enstitüsü ve Singapur Ulusal Üniversitesi araştırmacıları, mikro ve nano ölçekli üretimde çığır açan yeni bir teknik geliştirdi. Türk bilim insanı Prof. Dr. Metin Sitti'nin de başında olduğu ekip, lazer destekli 'optofluidik montaj' yöntemiyle metal ve yarı iletkenlerden karmaşık 3D yapılar üretmeyi başardı.

Bilim dünyası, mikroskobik ölçeklerdeki karmaşık 3D yapıların üretiminde uzun süredir devam eden ‘malzeme kısıtlaması’ sorununu aştı. Bugüne kadar insan saçından çok daha ince nesnelerin şekillendirilmesinde kullanılan ‘iki fotonlu polimerizasyon’ tekniği, yüksek hassasiyet sunsa da araştırmacıları büyük ölçüde polimer (plastik) tabanlı malzemelerle sınırlıyordu. Bu durum, tıp, elektronik ve robotik gibi alanlarda metal veya yarı iletken gerektiren mikroskobik cihazların gelişimini engelliyordu.

Max Planck Akıllı Sistemler Enstitüsü (MPI-IS) ve Singapur Ulusal Üniversitesi'nden (NUS) bir araştırma ekibi, bu bariyeri yıkan yeni bir üretim metodolojisi geliştirdi.

IŞIKLA YÖNLENDİRİLEN AKIŞKAN TEKNOLOJİSİ

Geliştirilen yeni yaklaşım, ‘optofluidik montaj’ tekniğine dayanıyor. Bu yöntemde, sıvı içerisindeki akışkan hareketini kontrol etmek için femtosaniye lazer teknolojisi kullanılıyor.

Süreç şu şekilde işliyor:

• Lazerle Yönlendirme: Araştırmacılar, mikroskobik parçacıkları bir sıvı içinde askıya alıyor ve lazeri hassas bir noktaya odaklıyor. Lazer, sıvı içinde yerel bir sıcaklık farkı (termal gradyan) yaratarak bir akış oluşturuyor.
• Kalıplama: Oluşan bu akış, parçacıkları önceden üretilmiş, küçük açıklığı olan bir polimer mikro kalıba doğru itiyor.
• Katılaşma: Parçacıklar kalıbın içinde toplanarak yavaş yavaş katı bir yapı oluşturuyor. İşlem sonunda polimer kalıp çıkarılıyor ve geriye, seçilen malzemeden (metal, seramik vb.) yapılmış, kendi kendine durabilen bir mikro nesne kalıyor.

KİMYASAL BAĞ YOK, FİZİKSEL KUVVET VAR

Singapur Ulusal Üniversitesi'nden Mingchao Zhang, çalışmanın temel fikrinin "optofluidik etkileşimleri hassas bir şekilde manipüle ederek, sınırlı bir alanda parçacıkların 3 boyutlu montajını sağlamak" olduğunu belirtti.

Dikkat çekici bir diğer nokta ise yapının stabilitesi. Lazer, parçacıkları kimyasal olarak birbirine bağlamıyor; bunun yerine Van der Waals kuvvetleri devreye girerek, kimyasal bağ olmadan yapıları mekanik olarak bir arada tutuyor.

Çalışmanın ilk yazarı Xianglong Lyu, "Kalıp herhangi bir şekil olabilir; küp, küre veya kruvasan şekli fark etmez. Kalıp çıkarıldıktan sonra bir araya getirilen parçacıklar şekillerini koruyor" dedi.

METİN SİTTİ: ‘MALZEME SINIRLAMALARINI AŞTIK’

Araştırmanın başında yer alan MPI-IS Fiziksel Zeka Bölümü Direktörü Prof. Dr. Metin Sitti, teknolojinin endüstriyel potansiyeline dikkat çekti.

Sitti, "Optofluidik montaj, geleneksel yöntemlerin malzeme sınırlamalarının üstesinden geliyor. Yeni teknolojimiz, neredeyse her malzemeden minik 3 boyutlu nesneler oluşturmamıza olanak tanıyor" ifadelerini kullandı.

MİKRO ROBOTLAR VE AKILLI VALFLER

Ekip, teknolojinin uygulanabilirliğini göstermek için çalışan prototipler de üretti. Bunlar arasında parçacıkları boyutlarına göre ayıran mikro valfler ve birden fazla malzemeden oluşan mikro robotlar yer alıyor. Geliştirilen bu mikro robotların, ışığa veya manyetik alanlara tepki vererek hareket edebildiği ve tek bir sistemde birden fazla işlevi yerine getirebildiği raporlandı.

Bu gelişme, tıp alanında damar içinde gezebilen mikro cihazlardan, elektronik endüstrisindeki mikro bileşenlere kadar geniş bir yelpazede yeni üretim olanaklarının kapısını aralıyor.