[發明專利]利用磁響應性拓撲軌道引導微納米馬達的方法

有效

• 申請號: 201810203624.1
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108462407B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 牟方志;楊帆;官建國
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;B82Y15/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉洋

本發明公開了一種利用磁響應性拓撲軌道引導微納米馬達的方法。包括以下步驟：使用磁性粒子分散在溶液中，在磁場下組裝形成一維鏈作為拓撲軌道；將磁性粒子分散于溶液中，施加外部磁場，粒子沿磁感線方向取向組裝成一維粒子鏈作為拓撲軌道；通過改變外部磁場方向來改變拓撲軌道方向，通過改變外部磁場開關狀態控制拓撲軌道出現或消失，從而動態控制微納米馬達的運動方向。該方法克服了傳統磁場控制方法需要對微納米馬達進行復雜且高成本改造的弊端，無需對微納米馬達本身進行額外加工，簡化了微納米馬達的制備工藝，同時具有一定生物相容性，可以實現對無磁性、未進行特定改造的微納米馬達以及微生物運動方向和軌跡的動態實時調控。

技術領域

本發明屬于微納米馬達技術領域，涉及一種微納米馬達的運動控制方法。

背景技術

微納米馬達是一種可以將其他形式能量轉換為動能，實現自身在液態介質中運動，同時執行復雜任務的微小器件。人們期望微納米馬達能夠在微納米工程、生物醫學、環境科學等領域帶來徹底的變革(Chem Rev,2015,115(16),8704；Nanoscale,2011,3(2),557；Angew Chem Int Ed Engl,2015,54(5),1414-1444)。由于微納米馬達獨特的運動性能，它們在執行貨物運輸、顯微手術、微納米制造等復雜任務上具有巨大潛力(Nanoscale2013,5(11),4696；Chem.Rev.2014,114,6285；Nano Letter2007,5)。為了實現微納米馬達的實際應用，控制其運動方向和運動軌跡是十分必要的(Chemistry,2016,22(42),14796-14804；Adv Mater,2017,29(39),1701970)。實現對微納米馬達的運動控制，基本原則在于提供一種各向異性的環境從而影響微納米馬達的取向或改變驅動力的方向。已報道的工作中，人們使用了磁場、光、聲場、流場等外場以及局部微圖案、微管道等方式實現了對微納米馬達運動的有效控制，其中磁場控制是有效且使用最普遍的控制方法(Chemistry,2016,22(42),14796-14804)。為了實現磁場控制，已報道文獻中的方法有使用光刻-卷曲(Adv.Funct.Mater.2010,20(15),2430-2435)，3D打印(Adv Mater,2015,27(30),4411-4417)、氣相沉積(Nanoscale,2013,5(4),1332-1336)等復雜工藝，借助價格昂貴的設備將鐵磁性材料(Ni、Co等)附著在微納米馬達上，進而使其具有對磁場的響應性來實現使用磁場控制其運動方向和軌跡。這種方式雖然有效，但由于成本高昂，微納米馬達磁性改造步驟復雜繁瑣，阻礙了其大規模生產和實際應用，同時，傳統方法所使用的鐵磁性材料生物相容性較差，難以應用于生物醫藥領域，此外，在實現對微生物的運動控制時，這樣的人工改造過程極易導致微生物死亡。另一方面，使用局部微圖案、微管道等方法控制微納米馬達運動時，由于圖案預先雕刻于基板上，只能實現微納米馬達按預定路線的運動，而不能對其進行實時調控。

發明內容

本發明目的在于提供一種微納米馬達運動控制方法，無需對微納米馬達本身進行額外加工，且所用材料具有與一定生物相容性，實現對無磁性、未進行特定改造的微納米馬達以及微生物的運動方向和軌跡的實時動態調控。

為達到上述目的，采用技術方案如下：

一種微納米馬達運動控制方法，包括以下步驟：

使用磁性粒子分散在溶液中，在磁場下組裝形成一維鏈作為拓撲軌道；

將磁性粒子分散于溶液中，施加外部磁場，粒子沿磁感線方向取向組裝成一維粒子鏈作為拓撲軌道；

通過改變外部磁場方向來改變拓撲軌道方向，通過改變外部磁場開關狀態控制拓撲軌道出現或消失，從而動態控制微納米馬達的運動方向。

按上述方案，還包括調節磁性粒子濃度或外部磁場強度來調節其組裝的粒子鏈長度，從而動態控制微納米馬達的運動軌跡。