[發(fā)明專利]一種定向輸運(yùn)固體微粒的磁性陣列及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710565409.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107240475B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉克松;賁霜;田東亮;彭云;寧宇震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H01F7/02
• 分類號(hào): H01F7/02;H01F41/02
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 姜榮麗

本發(fā)明公開(kāi)了一種定向輸運(yùn)固體微粒的磁性陣列及其制備方法和應(yīng)用，屬于功能材料及固體控制技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括在PVC薄板上制備孔陣列，在孔陣列中分散磁性粒子并澆筑聚合物，固化后將PVC薄板溶解，即得到所述的磁性陣列。所述的磁性陣列上方設(shè)置馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的磁鐵，就可以驅(qū)動(dòng)磁性陣列彎曲，進(jìn)而帶動(dòng)磁性陣列上的非磁性粒子的定向連續(xù)輸運(yùn)。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，原料易得，成本低；本發(fā)明的磁性陣列可用于固體微粒的定向連續(xù)輸運(yùn)，在醫(yī)學(xué)治療、藥物輸送系統(tǒng)等方面具有很好的應(yīng)用前景。在患病條件下，應(yīng)用于運(yùn)輸固體微粒的仿生纖毛的設(shè)計(jì)研究方面具有一定的參考價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料及固體控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有實(shí)現(xiàn)定向輸運(yùn)固體微粒的磁性陣列及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

灰塵、細(xì)菌和其他異物粒子等固體微粒常常干擾動(dòng)生物體的肺部。固體微粒的定向輸運(yùn)行為通常需要使用機(jī)械泵等推動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)，這種方法不僅會(huì)增加實(shí)現(xiàn)難度，也會(huì)消耗大量能源。在固體輸運(yùn)的過(guò)程中，能夠連續(xù)的定向輸運(yùn)在醫(yī)學(xué)治療、微粒定向輸運(yùn)、仿生學(xué)機(jī)械研究、藥物輸送系統(tǒng)和無(wú)液體情況下的自清潔等新技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。目前，在患病條件下應(yīng)用于運(yùn)輸固體微粒的仿生纖毛設(shè)計(jì)上仍然缺乏有效方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)固體微粒輸運(yùn)技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種定向輸運(yùn)固體微粒的磁性陣列及其制備方法和應(yīng)用。通過(guò)研究磁性陣列擺動(dòng)頻率對(duì)固體輸運(yùn)的影響，利用磁性圓錐或圓柱陣列擺動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生各項(xiàng)異性摩擦力的特性，使固體微粒僅通過(guò)磁性圓錐或圓柱陣列擺動(dòng)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力即可實(shí)現(xiàn)固體微粒的定向連續(xù)輸運(yùn)，并設(shè)計(jì)合理器件。

應(yīng)用所述的定向輸運(yùn)固體微粒的磁性陣列，將磁性陣列固定在平面上，將聚苯乙烯微粒(PS)放在磁性陣列上，并將釹鐵硼磁鐵(≈0.7T)安裝在可以操控的控制器上，從上端接近陣列，聚苯乙烯微粒(PS)會(huì)在陣列彎曲力的推動(dòng)下，向陣列彎曲的方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了聚苯乙烯微粒(PS)的定向連續(xù)輸運(yùn)。

所述的定向輸運(yùn)固體微粒的磁性陣列的制備方法，具體為：

在商用的PVC薄板上利用固定了不銹鋼針的機(jī)械臂沖擊形成規(guī)則排列的圓錐形或圓柱形孔陣列。將磁性粒子粉末均勻地分散到上述孔陣列內(nèi)。然后配制前驅(qū)體和固化劑質(zhì)量比為6:1～8:1的聚二甲基硅氧烷(PDMS)的混合物，抽真空除氣后澆于具有規(guī)則圓錐形孔和圓柱形孔且孔內(nèi)分散有磁性粒子粉末的PVC薄板表面，在60～80℃的烘箱中固化6-8h。固化過(guò)程中要將一塊具有強(qiáng)磁性的釹鐵硼磁鐵置于澆注了PDMS的PVC薄板正下方。固化完全后，將澆注了PDMS的PVC薄板放入預(yù)先制備好的常溫四氫呋喃中24h。將PVC薄板溶解之后，便可得到有序排列的磁性圓錐和磁性圓柱陣列結(jié)構(gòu)表面。

本發(fā)明還提供一種所述的定向輸運(yùn)固體微粒的磁性陣列的應(yīng)用，具體為：

將釹鐵硼磁鐵固定在機(jī)械臂上，利用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂帶動(dòng)釹鐵硼磁鐵運(yùn)動(dòng)，將磁性陣列放在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的釹鐵硼磁鐵下方，制得定向連續(xù)輸運(yùn)非磁性固體微粒的磁驅(qū)動(dòng)裝置。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明提出一種可實(shí)現(xiàn)定向連續(xù)輸運(yùn)微小固體顆粒的磁性圓錐或柱形孔陣列，制備方法簡(jiǎn)單，原料易得，成本低。

2、本發(fā)明提出一種可實(shí)現(xiàn)定向連續(xù)輸運(yùn)微小固體顆粒的磁性圓錐或柱形孔陣列，可用于固體微粒的定向連續(xù)輸運(yùn)，在生產(chǎn)、環(huán)保等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

3、本發(fā)明提出一種可實(shí)現(xiàn)定向連續(xù)輸運(yùn)微小固體顆粒的磁性圓錐或柱形孔陣列，在醫(yī)學(xué)治療、藥物輸送系統(tǒng)等方面具有很好的應(yīng)用前景。

4、本發(fā)明提出一種可實(shí)現(xiàn)定向連續(xù)輸運(yùn)微小固體顆粒的磁性圓錐或柱形孔陣列，在患病條件下，應(yīng)用于運(yùn)輸固體微粒的仿生纖毛的設(shè)計(jì)研究方面具有一定的參考價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1A和1B：本發(fā)明制備的用于定向連續(xù)輸運(yùn)固體微粒的磁性圓錐陣列照片及單個(gè)圓錐結(jié)構(gòu)的頂部掃描電鏡圖。