[发明专利]一种定向输运固体微粒的磁性阵列及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种定向输运固体微粒的磁性阵列及其制备方法和应用，属于功能材料及固体控制技术领域。所述方法包括在PVC薄板上制备孔阵列，在孔阵列中分散磁性粒子并浇筑聚合物，固化后将PVC薄板溶解，即得到所述的磁性阵列。所述的磁性阵列上方设置马达驱动的磁铁，就可以驱动磁性阵列弯曲，进而带动磁性阵列上的非磁性粒子的定向连续输运。本发明制备方法简单，原料易得，成本低；本发明的磁性阵列可用于固体微粒的定向连续输运，在医学治疗、药物输送系统等方面具有很好的应用前景。在患病条件下，应用于运输固体微粒的仿生纤毛的设计研究方面具有一定的参考价值。

技术领域

本发明属于功能材料及固体控制技术领域，具体涉及一种具有实现定向输运固体微粒的磁性阵列及其制备方法和应用。

背景技术

灰尘、细菌和其他异物粒子等固体微粒常常干扰动生物体的肺部。固体微粒的定向输运行为通常需要使用机械泵等推动装置实现，这种方法不仅会增加实现难度，也会消耗大量能源。在固体输运的过程中，能够连续的定向输运在医学治疗、微粒定向输运、仿生学机械研究、药物输送系统和无液体情况下的自清洁等新技术的发展具有重要的意义。目前，在患病条件下应用于运输固体微粒的仿生纤毛设计上仍然缺乏有效方案。

发明内容

针对固体微粒输运技术的不足，本发明提供一种定向输运固体微粒的磁性阵列及其制备方法和应用。通过研究磁性阵列摆动频率对固体输运的影响，利用磁性圆锥或圆柱阵列摆动过程中产生各项异性摩擦力的特性，使固体微粒仅通过磁性圆锥或圆柱阵列摆动产生的驱动力即可实现固体微粒的定向连续输运，并设计合理器件。

应用所述的定向输运固体微粒的磁性阵列，将磁性阵列固定在平面上，将聚苯乙烯微粒(PS)放在磁性阵列上，并将钕铁硼磁铁(≈0.7T)安装在可以操控的控制器上，从上端接近阵列，聚苯乙烯微粒(PS)会在阵列弯曲力的推动下，向阵列弯曲的方向运动，实现了聚苯乙烯微粒(PS)的定向连续输运。

所述的定向输运固体微粒的磁性阵列的制备方法，具体为：

在商用的PVC薄板上利用固定了不锈钢针的机械臂冲击形成规则排列的圆锥形或圆柱形孔阵列。将磁性粒子粉末均匀地分散到上述孔阵列内。然后配制前驱体和固化剂质量比为6:1～8:1的聚二甲基硅氧烷(PDMS)的混合物，抽真空除气后浇于具有规则圆锥形孔和圆柱形孔且孔内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。固化过程中要将一块具有强磁性的钕铁硼磁铁置于浇注了PDMS的PVC薄板正下方。固化完全后，将浇注了PDMS的PVC薄板放入预先制备好的常温四氢呋喃中24h。将PVC薄板溶解之后，便可得到有序排列的磁性圆锥和磁性圆柱阵列结构表面。

本发明还提供一种所述的定向输运固体微粒的磁性阵列的应用，具体为：

将钕铁硼磁铁固定在机械臂上，利用马达驱动机械臂带动钕铁硼磁铁运动，将磁性阵列放在马达驱动的钕铁硼磁铁下方，制得定向连续输运非磁性固体微粒的磁驱动装置。

本发明的优点在于：

1、本发明提出一种可实现定向连续输运微小固体颗粒的磁性圆锥或柱形孔阵列，制备方法简单，原料易得，成本低。

2、本发明提出一种可实现定向连续输运微小固体颗粒的磁性圆锥或柱形孔阵列，可用于固体微粒的定向连续输运，在生产、环保等领域具有广泛应用。

3、本发明提出一种可实现定向连续输运微小固体颗粒的磁性圆锥或柱形孔阵列，在医学治疗、药物输送系统等方面具有很好的应用前景。

4、本发明提出一种可实现定向连续输运微小固体颗粒的磁性圆锥或柱形孔阵列，在患病条件下，应用于运输固体微粒的仿生纤毛的设计研究方面具有一定的参考价值。

附图说明

图1A和1B：本发明制备的用于定向连续输运固体微粒的磁性圆锥阵列照片及单个圆锥结构的顶部扫描电镜图。