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物理学 > 光学

arXiv:2507.00735 (physics)
[提交于 2025年7月1日 ]

标题: 光热驱动的双激光光镊混合微凝胶

标题: Photo-Thermal Actuation of Hybrid Microgels with Dual Laser Optical Tweezers

Authors:S. -H. Jung, C. Zhang, N. Stauffer, F. Scheffold, L. Isa
摘要: 柔性执行器能够对外部刺激作出反应,在微尺度机器人、活性物质和仿生系统中起着基础性作用。 在这些执行器中,含有等离子纳米颗粒的光热混合凝胶(HMGs)通过局部加热实现了快速、空间可控的驱动。 了解它们在单粒子层面的动态行为对于优化性能至关重要。 然而,传统的体相表征方法如动态光散射(DLS),只能提供平均数据,从而限制了分析的深入程度。 在这里,我们引入了一种双激光光镊方法,用于在受控光照条件下对HMGs进行实时的单粒子分析。 结合直接成像和均方位移(MSD)分析,我们的方法量化了驱动所需的精确激光功率,并准确跟踪了粒子尺寸。 我们将结果与现有的双激光DLS进行对比,证明了其精度相当,同时具有单执行器分辨率的独特优势。 因此,我们的方法为可编程执行器的精确优化提供了一个强大的平台,适用于软体机器人、微泳器和生物医学应用。
摘要: Soft actuators that respond to external stimuli play a fundamental role in microscale robotics, active matter, and bio-inspired systems. Among these actuators, photo-thermal hybrid microgels (HMGs) containing plasmonic nanoparticles enable rapid, spatially controlled actuation via localized heating. Understanding their dynamic behavior at the single-particle level is crucial for optimizing performance. However, traditional bulk characterization methods such as dynamic light scattering (DLS), provide only ensemble-averaged data, thereby limiting analytical insights. Here, we introduce a dual-laser optical tweezers approach for real-time, single-particle analysis of HMGs under controlled light exposure. Combining direct imaging and mean-square displacement (MSD) analysis, our method quantifies the precise laser power required for actuation and accurately tracks the particle size. We benchmark our results against an existing dual-laser DLS, demonstrating comparable precision while offering the unique advantage of single-actuator resolution. Thus, our method provides as a robust platform for precise optimization of programmable actuators with applications in soft robotics, microswimmers, and biomedical applications.
主题: 光学 (physics.optics) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2507.00735 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2507.00735v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.00735
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Se-Hyeong Jung Ph.D. [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 7 月 1 日 13:37:40 UTC (2,972 KB)
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