[发明专利]一种可实现微观粒子捕捉及释放的微纳机器人

说明书

本发明公开了一种可实现微观粒子捕捉及释放的微纳机器人，属于磁场驱动控制的机器人技术领域。所述微纳机器人由磁性镍制金属段、被动金段以及柔性结构的多孔银段三个部分构成。该微纳机器人通过梯度磁场控制磁性镍制金属段的移动进而带动被动金段的移动，实现捕捉和释放功能。磁驱微纳机器人对环境友好、无污染，符合快速彻底清除有毒物质的关键要求。本发明中的微纳机器人参数可控，游泳能力强，装载能力强。微流体环境的低雷诺数和微纳机器人的布朗运动，对机器人的精确操控是一个挑战，而本发明中的微纳机器人主要由现有的磁驱系统控制，控制方式较为简单，能实现人体血液环境中的细胞捕捉及靶向给药等基本功能。

技术领域

本发明涉及一种可实现微观粒子捕捉及释放的微纳机器人，属于磁场驱动控制的机器人技术领域。

背景技术

随着现代科技的不断发展，机器人已经广泛应用于人类的生产生活中，比如制造业、服务业等。这些机器人所实现的功能千差万别，大小形态也各有不同，能够帮助完成一些人类力所不能及的任务。在现代医学领域，也有很多的疑难杂症需要在体内进行诊断和治疗，传统的医学手段尚不能实现有效的治疗效果，因此，一种能在人体内应用的微纳米级别的机器人应运而生。

现有的微纳机器人主要有磁场驱动、电场驱动、超声驱动、光驱动等几种驱动方式，其中磁场驱动可以在生物体中利用低强度磁场实现无损远程控制，有易于调控的优点。磁驱微纳机器人是一种将磁场能量转换为动能的微纳米装置，它可以仅仅由外部磁场提供机器人运动所需要的动力，因此结构上可以省略掉驱动装置的部分，不仅结构上可以简化，体积也可以根据需要灵活改变。一般情况下的微纳机器人都会在低雷诺数环境中进行操作，在该环境下，惯性力与黏性力的比值极小，经常可以忽略掉惯性力的作用，因此，想要机器人移动，就必须要施加一个持续不断的磁力。

现有磁驱微纳机器人已经有所发展，利用梯度磁场、旋转磁场、震荡磁场基本可以实现在规划轨迹上运动以及躲避障碍物的功能。然而，在实现对微粒的精准捕捉和释放功能方面现有磁驱微纳机器人还有所欠缺。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种可实现微观粒子捕捉及释放的微纳机器人，以提高靶向送药的效率，增加微纳机器人的捕捉功能。该机器人结构简单，工艺成本低，方便控制。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种磁驱柔性的微纳机器人，所述微纳机器人由多个机械臂组成，所述机械臂由磁性镍制金属段、被动金段、柔性结构的多孔银段组成；所述磁性镍制金属段和被动金段之间用柔性结构的多孔银段连接。

进一步地，所述微纳机器人由4-8个机械臂组成。

进一步地，所述磁性镍制金属段占据单个机械臂体积的20％-40％。

进一步地，所述单个机械臂的直径为200-300nm，长度为5-10μm，单个机械臂上被动金段的数量为1-3个。

进一步地，所述机械臂的制备方法包括以下步骤：

1)制备出薄膜状的带有纳米孔的氧化铝膜，在氧化铝膜的分支面溅射一薄层(牺牲层)作为工作电极，将氧化铝膜组装在带有铝箔的电镀槽中，作为后续电沉积的电接点；

2)使用带有电荷的镀银液将牺牲层电沉积到氧化铝膜的分支面，在-0.9V电压下充满3.0C电荷；

3)根据被动金段的数量，将氧化铝膜按照镍、银、金或镍、银、金、银、金或镍、银、金、银、金、银、金的顺序分别在镀镍溶液、镀银溶液、镀金溶液中沉积，得到纳米线；所述沉积均在-1.0V的电压下进行，在镀镍溶液中达到5.0C的电荷量，在镀银溶液中达到2.0C的电荷量，在镀金溶液中达到1.0C的电荷量；所述氧化铝膜在镀镍溶液中沉积得到磁性镍制金属段，在镀银溶液中沉积得到柔性结构的多孔银段，在镀金溶液中沉积得到被动金段；