[发明专利]利用交流电场驱动及定向输运微纳米颗粒的系统与方法

说明书

本发明提供了一种利用交流电场驱动及定向输运微纳米颗粒的系统，包括对微纳米颗粒的速度大小进行调控的函数发生器和实现微纳米颗粒定向输运的叉指电极，所述函数发生器的两个输出端分别与所述叉指电极的两端连接，所述函数发生器向所述叉指电极输出电压和频率可调的交流电。本发明还提供了一种利用交流电场驱动及定向输运微纳米颗粒的方法。本发明的有益效果是：采用调节电压、频率、叉指电极的尺寸等手段调控微纳米颗粒的速度大小，采用不同叉指电极的形状来调控微纳米颗粒的运动方向，可以根据需要进行选择，不仅丰富了控制方式，而且扩大了应用范围。

技术领域

本发明涉及微纳米颗粒，尤其涉及一种利用交流电场驱动及定向输运微纳米颗粒的系统与方法。

背景技术

某些特殊制备的微纳米颗粒在发生不对称的表面化学反应或受到外力作用时会自发运动，这种微纳米颗粒也被称为“微纳米机器人”。在微纳米机器人的研究与实际应用中，人们关注并且需要控制两个关键的因素：速度大小和其运动方向。

微纳米机器人的驱动方式有声、光、电、磁、热、化学反应等。其中，化学反应作为一种接触式的驱动方式，限制了其应用范围。声和热在方向控制方面存在不足。由于物体对光的吸收以及透光性的原因，所以光的适用性受到限制。因此，电和磁的运动与方向控制自然受到人们的关注。磁相比于电，其驱动与方向控制的性能更为优越。但是由于对磁响应的材料数量有限，自然也就使得其应用范围受到限制。

因此，如何提供一种应用范围较广的微纳米颗粒的输运方案是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种应用范围较广的利用交流电场驱动及定向输运微纳米颗粒的系统与方法。

本发明提供了一种利用交流电场驱动及定向输运微纳米颗粒的系统，包括对微纳米颗粒的速度大小和方向进行调控的函数发生器和实现微纳米颗粒的定向输运的叉指电极，所述函数发生器的两个输出端分别与所述叉指电极的两端连接，所述函数发生器向所述叉指电极输出电压和频率可调的交流电。

作为本发明的进一步改进，所述叉指电极为直角电极、倾斜电极、蚊香电极中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，所述叉指电极的叉指宽度为5-50 μm，叉指间隙为5-100 μm。

本发明还提供了一种利用交流电场驱动及定向输运微纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

S1、制备叉指电极，确定微纳米颗粒定向输运的方向；

S2、在制备好的叉指电极的两端连接上函数发生器；

S3、所述函数发生器向所述叉指电极施加电压和频率可调的交流电，通过调节施加在所述叉指电极上的交流电的电压和频率对微纳米颗粒的速度大小进行调控，从而实现微纳米颗粒的定向输送。

作为本发明的进一步改进，步骤S1包括以下子步骤：

S11、设计叉指电极的形状并制备掩膜板；

S12、在基底上依次进行洗片、匀胶、前烘、曝光、后烘和显影，即可在基底上获得需要的电极图形；

S13、通过电子束蒸镀的方法，在基底上沉积一定厚度的导电层，包括但不限于金属、导电金属氧化物等；

S14、去除基底上的光刻胶，得到特定尺寸和形状的叉指电极。

作为本发明的进一步改进，在步骤S11中，设计叉指电极的形状为直角电极、倾斜电极、蚊香电极中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，微纳米颗粒的定向输送过程为：利用流体在所述叉指电极上的特殊流动状态，将微纳米颗粒输运到叉指电极的中线，随后，由于微纳米颗粒在交流电场下特殊的表面电动力学效应，微纳米颗粒运动起来，并定向地运动至叉指电极根部。