一种漂浮游动微机器的制备方法与流程

本发明涉及一种漂浮游动微机器的制备方法及应用，属于自驱动微机器的制备及自驱动微机器的应用技术领域。

背景技术：

使用不同材料制造的游动微机器是近年来纳米科学的热点领域，其制作材料决定了其不同的运动方式和机理。现有的游动微机器的驱动机理可以分为气泡驱动、自电泳以及扩散电泳等等。在游动微机器气泡驱动所使用的燃料当中，使用过氧化氢作为燃料最为广泛。但是，过氧化氢作为燃料，其生物相容性差，有一定的毒性，无法用于生物体内，因此急需一种对生物体具有低毒性和生物相容性好的代替燃料用于潜在的生物医学及环境监控应用。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即气泡驱动的游动微机器，其化学燃料生物相容性不好，运动条件苛刻，制备复杂，难以应用于生物体内，以及运动时间短，后续运动驱动力不足等问题，进而提供一种漂浮游动微机器的制备方法及其应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种漂浮游动微机器的制备方法，所述一种漂浮游动微机器的制备方法具体步骤为：

步骤一：将平均尺寸0.5-2000μm的金属球依次使用丙酮、异丙醇和乙醇各清洗三次；

步骤二：将清洗干净的金属球分散到水中，随后将浓度为0.1-2000mg/ml含有金属球的溶液滴在玻璃片上，随后在倾斜角度为0.1o到78o斜面晾干；

步骤三：用电子束蒸镀方法将厚度为0.1-200nm的金蒸镀到步骤二的玻璃片表面；

步骤四：将聚对苯二甲酸酯喷涂到步骤三的玻璃片表面；

步骤五：通过超声波或机械方法将金属球从玻璃片表面分离，然后加入到明胶溶液中，缓慢加热明胶溶液到30-150℃；

步骤六：将步骤五中的溶液以0.01-200ml/s的速度注入到温度为60-200℃、旋转流速为10-2000mg/s的液体石蜡溶液中，持续0.5-24小时，随后将溶液冷却至室温；

步骤七：采用转速为100-20000rpm的离心机将粒子与溶液分离，并依次使用四氢呋喃、丙酮和水各清洗三次获得样品。

本发明一种漂浮游动微机器的制备方法，所述金属球采用金球、银球、铜球、铁球、镁球或铝球。

本发明一种漂浮游动微机器的制备方法，步骤一中，金属球为金球、银球、铜球或铁球时，步骤三中电子束蒸镀的金属物质为镁。

本发明一种漂浮游动微机器的制备方法，所述步骤五中，明胶溶液可以换成聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乳酸、琼脂、牛血清蛋白或壳聚糖溶液。

本发明一种漂浮游动微机器的制备方法，所述实验中，所有实验用水均为去离子水。

一种漂浮游动微机器的制备方法的应用，将所述漂浮游动微机器放入水中，调控漂浮游动微机器在水中的运动方向和速率，水中的运动方式为气泡驱动。

本发明一种漂浮游动微机器的制备方法，具有过程简易，尺寸可控且均一，后期处理少，存放时间长，兼具数量等优点；因其燃料是水，具有独特的无毒性及生物相容性好的特点，在所有生物体中都可以用来载药，达到游动微机器在生物医学中应用的目的。本发明制备的漂浮游动微机器在生物医学、环境监控等领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的漂浮游动微机器的结构示意图。

图2是本发明的漂浮游动微机器的运动原理图。

图3是试验例制备的漂浮游动微机器的光声成像运动的时间序列照片。

图4是试验例制备的漂浮游动微机器的扫描电镜照片。

图5是试验例制备的漂浮游动微机器运动过程中的光学显微镜照片。

图中附图标记：1为镁球；2为金；3为聚对苯二甲酸酯；4为明胶；5为石蜡。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例一：如图1-5所示，本实施例所涉及的一种漂浮游动微机器的制备方法，该方法的最优方案：

步骤一：将平均尺寸10μm的镁球依次用丙酮，异丙醇和乙醇各清洗三次。

步骤二：将清洗干净后的镁球分散到水中，用移液枪将浓度为2mg/ml含有金属球的溶液滴在玻璃片上，随后在倾斜角度为45度斜面晾干。

步骤三：用电子束蒸镀方法将厚度为10nm的金修饰到玻璃片表面。

步骤四：将聚对苯二甲酸酯喷涂到玻璃片表面。

步骤五：通过超声波或机械方法将金属球从玻璃片表面分离，随后加入明胶溶液中，缓慢加热溶液到达60℃。

步骤六：将上述加热到60℃的溶液以2ml/s的速度注入到温度为60℃，旋转流速为200ml/s的液体石蜡溶液中，持续6小时，随后将溶液冷却至室温。

步骤七：采用转速为1000rpm的离心方法将粒子分离，并依次使用四氢呋喃和水各清洗三次获得漂浮游动微机器。

步骤一中，金属球采用金球、银球、铜球、铁球时，步骤三中电子束蒸镀的金属物质为镁。

步骤五中，明胶溶液也可以换成聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乳酸、琼脂、牛血清蛋白或壳聚糖溶液。

实验中，所有实验用水均为去离子水。

如图1所示，本发明以平均尺寸20μm的镁球为基本材料，在其外表面逐层修饰上金、聚对苯二甲酸酯、明胶、石蜡。即制得漂浮游动微机器，将漂浮游动微机器置入水中加入氯化钠与表面活性剂，游动微机器通过其修饰的不对称性，与水进行反应，产生氢气，实现在水中的有效运动。本发明具有过程简易，尺寸可控且均一，后期处理少，存放时间长，兼具数量等优点。因其燃料是水，具有独特的无毒性及生物相容性好的特点，在所有生物体中都可以用来载药，达到游动微机器在生物医学中应用的目的。

实施例二：如图2所示，本实施例所涉及的一种漂浮游动微机器的制备方法的应用，图2中箭头方向即为漂浮机器人运动方向，将制备的漂浮游动微机器放入水中，可以调控漂浮游动微机器在水中的运动方向和速率，水中的运动方式为气泡驱动应用。

实施例三：如图3-5所示，本实施例所涉及的一种漂浮游动微机器的制备方法及应用，本试验例得到的漂浮游动微机器的光声成像运动的时间序列照片如图3所示，从图3可以看出，此漂浮游动微机器可以在水中由下向上进行气泡驱动的运动。

本试验例得到的漂浮游动微机器的扫描电镜照片如图4所示，漂浮游动微机器的直径为10-20μm，漂浮游动微机器的表面修饰具有不对称分布的特点。

将本试验例得到的漂浮游动微机器放在盐溶液中调节ph值，实现游动机器运动。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：

1.一种漂浮游动微机器的制备方法，其特征在于，所述一种漂浮游动微机器的制备方法具体步骤为：

步骤一：将平均尺寸0.5-2000μm的金属球依次使用丙酮、异丙醇和乙醇各清洗三次；

步骤二：将清洗干净的金属球分散到水中，随后将浓度为0.1-2000mg/ml含有金属球的溶液滴在玻璃片上，随后在倾斜角度为0.1°到78°斜面晾干；

步骤三：用电子束蒸镀方法将厚度为0.1-200nm的金蒸镀到步骤二的玻璃片表面；

步骤四：将聚对苯二甲酸酯喷涂到步骤三的玻璃片表面；

步骤五：通过超声波或机械方法将金属球从玻璃片表面分离，然后加入到明胶溶液中，缓慢加热溶液到30-150℃；

步骤六：将步骤五中的溶液以0.01-200ml/s的速度注入到温度为60-200℃、旋转流速为10-2000mg/s的液体石蜡溶液中，持续0.5-24小时，随后将溶液冷却至室温；

步骤七：采用转速为100-20000rpm的离心机将粒子与溶液分离，并依次使用四氢呋喃、丙酮和水各清洗三次获得样品。

2.根据权利要求1所述的一种漂浮游动微机器的制备方法，其特征在于，所述金属球为金球、银球、铜球、铁球或镁球。

3.根据权利要求1或2所述的一种漂浮游动微机器的制备方法，其特征在于，步骤一中，金属球为金球、银球、铜球或铁球时，步骤三中电子束蒸镀的金属物质为镁。

4.根据权利要求1所述的一种漂浮游动微机器的制备方法，其特征在于，所述步骤五中明胶溶液可以换成聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乳酸、琼脂、牛血清蛋白或壳聚糖溶液。

5.根据权利要求1所述的一种漂浮游动微机器的制备方法，其特征在于，所述实验中，所有实验用水均为去离子水。

6.一种权利要求1所述的一种漂浮游动微机器的制备方法的应用，其特征在于，将所述漂浮游动微机器放入水中，调控漂浮游动微机器在水中的运动方向和速率，水中的运动方式为气泡驱动。

技术总结
本发明提供了一种漂浮游动微机器的制备方法，属于自驱动微机器的制备及自驱动微机器的应用技术领域。本发明一种漂浮游动微机器的制备方法包括：一、预处理金属球；二、用电子束蒸镀方法将金镀到金属球表面；三、将聚对苯二甲酸酯喷涂到金属球上；四、用明胶包裹住金属球；五、金属球最外层修饰石蜡；本发明一种漂浮游动微机器的制备方法的应用为：将这种漂浮游动微机器放入水中，可以通过气泡驱动来实现其自身的自驱动运动，其运动条件容易满足，制备简单，实验重复性高。本发明的制备的漂浮游动微机器在生物医学领域有广泛的应用前景。

技术研发人员：王金梦;吴志光;贺强
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2019.08.24
技术公布日：2019.11.26