一种磁性螺旋形游动微机器人的制备方法及其操控系统技术方案

技术编号:19191628 阅读:26 留言:0更新日期:2018-10-17 03:53
本发明专利技术公开了一种磁性螺旋形游动微机器人的制备方法及其操控系统,该方法包括:选取与用户所需磁性螺旋形游动微机器人结构参数相同的螺旋藻生物模板、固定强化、胶态钯活化、解胶、化学镀镍、清洗烘干。该系统包括嵌套线圈机构、正负接线柱、容器平台、驱动器、数字量模拟量转换装置、上位机及观测记录装置;嵌套线圈机构由三对亥姆霍兹线圈采用正交嵌套方式组装形成;上位机通过数字量模拟量转换装置、驱动器与正负接线柱连接;容器平台位于嵌套线圈机构的中心;观测记录装置安装在嵌套线圈机构的上方。采用本发明专利技术提供的方法及系统能够实现不同结构参数的磁性螺旋形游动微机器人的可控化、批量化制备,实现磁性螺旋形游动微机器人的精准操控。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性螺旋形游动微机器人的制备方法及其操控系统
本专利技术涉及微纳机器人制造及其驱动
,特别涉及一种磁性螺旋形游动微机器人的制备方法及其操控系统。
技术介绍
伴随微纳米科学技术的发展,微纳机器人得到了广泛关注,尤其是在生物医药和微系统方面具有非常重要的潜在应用。受大肠杆菌等微生物通过鞭毛旋转产生推进运动的启发,磁性螺旋形游动微机器人作为一种磁控微机器人受到研究者普遍关注。在外加旋转磁场作用下,磁性螺旋形游动微机器人的特殊螺旋形结构可产生轴向推进力,在低雷诺数液体环境中实现高效可控的运动,从而完成微小尺度的任务要求。在微纳尺度精准操控、靶向药物运输等前沿领域具有重要的研究价值。传统的机械加工方法难以实现微米尺度三维微螺旋结构的批量制造,而新兴的三维激光直写技术等微纳加工方法也存在制造成本高、制造效率低等不足,限制了磁性螺旋形游动微机器人的发展应用。此外,包括磁性螺旋形游动微机器人在内的所有磁性微机器人,都要求具有对其实现简单便捷运动操控的三维可控旋转磁场,且三维可控旋转磁场是实现对该类微机器人精准操控的一种必要手段,而现有三维可控旋转磁场多存在结构庞大、控制复杂、集成度不高等问题,不便于操控微米尺度的磁性微机器人。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术的目的是提供一种磁性螺旋形游动微机器人的制备方法及其操控系统。为实现上述目的,本专利技术提供了如下方案:一种磁性螺旋形游动微机器人的制备方法,所述磁性螺旋形游动微机器人为三维微螺旋形状结构的微机器人,所述磁性螺旋形游动微机器人包括微螺旋结构的生物有机质内核,以及表面包覆的磁性金属镀层;所述制备方法包括:步骤一、选取螺旋藻生物模板;步骤二、固定强化;将选取的所述螺旋藻生物模板在4℃温度条件下,在浓度为2.5%的戊二醛溶液中浸泡6小时,得到固定强化的螺旋藻细胞;步骤三、胶态钯活化;将所述固定强化的螺旋藻细胞在30℃温度条件下,在胶态钯溶液中进行表面活化处理,活化时间为10min,得到胶态钯活化后的螺旋藻细胞;步骤四、解胶;将所述胶态钯活化后的螺旋藻细胞在30℃温度条件下,在解胶溶液中进行解胶处理,解胶时间为1min;步骤五、化学镀镍;利用化学镀镍溶液,将经过解胶后的螺旋藻细胞进行化学镀镍;步骤六、对化学镀镍后的螺旋藻细胞进行清洗烘干,得到磁性螺旋形游动微机器人。可选的,所述选取螺旋藻生物模板,具体包括:确定用户所需磁性螺旋形游动微机器人的结构参数;采用筛分方法,选取与所述用户所需磁性螺旋形游动微机器人结构参数相应的螺旋藻生物模板;所述筛分方法为采用200目-400目的不锈钢筛网进行逐次反复筛分的方法。可选的,所述步骤五具体包括:将步骤五中的所述化学镀镍溶液在60℃的温度条件下进行水浴加热,然后将步骤四处理后的螺旋藻细胞加入化学镀镍溶液之中,之后在温度为60℃的持续水浴加热、搅拌速度为200r/min-300r/min的机械搅拌下进行化学镀镍反应,反应时间为5min-15min;所述化学镀镍溶液的组分为:可选的,所述对化学镀镍后的螺旋藻细胞进行清洗烘干,得到磁性螺旋形游动微机器人,具体包括:采用去离子水对化学镀镍后的螺旋藻细胞进行多次清洗,并在60℃-80℃温度下烘干,得到磁性螺旋形游动微机器人;所述清洗的次数为3-5次。可选的,1g所述螺旋藻细胞需要15mL-25mL胶态钯溶液;1g所述螺旋藻细胞需要25mL解胶溶液;1g所述螺旋藻细胞需要50mL-100mL化学镀镍溶液;所述解胶溶液为浓度为30g/L的次亚磷酸钠水溶液。本专利技术提供了一种磁性螺旋形游动微机器人的制备方法,该制备方法包括:选取螺旋藻生物模板、固定强化、胶态钯活化、解胶、化学镀镍、清洗烘干;螺旋藻生物模板的结构参数与用户所需磁性螺旋形游动微机器人的结构参数相同。因此,通过上述六个步骤就能得到用户所需磁性螺旋形游动微机器人,其制造工艺简单,能够实现不同结构参数的磁性螺旋形游动微机器人的可控化、批量化制备。本专利技术还提供了一种磁性螺旋形游动微机器人的操控系统,所述操控系统包括:线圈部、容器平台、三个驱动器、三个直流电源、数字量模拟量转换装置、上位机以及观测记录装置;所述线圈部包括支撑台、设置在所述支撑台上的嵌套线圈机构以及集成在所述支撑台的台面上的三对正负接线柱;所述嵌套线圈机构为三对亥姆霍兹线圈采用正交嵌套方式组装形成的三维线圈机构,每对所述亥姆霍兹线圈均由两个完全相同的线圈采用同轴平行布置方式组装形成;每对所述亥姆霍兹线圈均引出一对所述正负接线柱;所述上位机通过所述数字量模拟量转换装置分别与三个所述驱动器的模拟信号输入端电连接;三个所述直流电源分别与三个所述驱动器相连,为所述驱动器提供电源输入;三个所述驱动器的电流输出端分别通过双芯屏蔽线与三对所述正负接线柱电连接;所述容器平台,位于所述嵌套线圈机构的中心,用于盛放磁性螺旋形游动微机器人的溶液;所述观测记录装置竖直安装在所述嵌套线圈机构的正上方,且所述观测记录装置中的光学镜头对准所述容器平台。可选的,每对所述亥姆霍兹线圈的尺寸不同;所述嵌套线圈机构由三对所述亥姆霍兹线圈按照尺寸从小到大采用正交嵌套的方式组装形成的;从内到外,所述嵌套线圈机构中的三对所述亥姆霍兹线圈的轴向分别对应三维可控旋转磁场的Z、X、Y轴,且三对所述亥姆霍兹线圈的轴相交于所述嵌套线圈机构的中心点。可选的,所述数字量模拟量转换装置包括USB型转换板卡和外接端子板,所述USB型转换板卡的USB接口与所述上位机电连接,所述USB型转换板卡的三路模拟信号输出端,采用屏蔽信号线,通过所述外接端子板与对应的所述驱动器的模拟信号输入端相连接,为对应的所述驱动器输出的电流提供相应的电压控制信号。可选的,所述观测记录装置包括万向支架、调焦机构、CCD相机、光学镜头;所述CCD相机与所述光学镜头相连接,所述CCD相机和所述光学镜头通过所述万向支架上的悬臂支撑,竖直安装在所述嵌套线圈机构的正上方,通过所述调焦机构调节所述万向支架上悬臂的高度以进行所述光学镜头调焦。根据本专利技术提供的具体实施例,本专利技术公开了以下技术效果:本专利技术提供了一种磁性螺旋形游动微机器人的操控系统,该操控系统包括:线圈部、容器平台、三个驱动器、三个直流电源、数字量模拟量转换装置、上位机以及观测记录装置;所述线圈部包括支撑台、设置在所述支撑台上的嵌套线圈机构以及集成在所述支撑台的台面上的三对正负接线柱;所述嵌套线圈机构为三对亥姆霍兹线圈采用正交嵌套方式组装形成的三维线圈机构,每对所述亥姆霍兹线圈均由两个完全相同的线圈采用同轴平行布置方式组装形成;每对所述亥姆霍兹线圈均引出一对所述正负接线柱;所述上位机通过所述数字量模拟量转换装置与每个所述驱动器的模拟信号输入端电连接;所述直流电源的输出端与所述驱动器的电流输入端电连接;所述驱动器的电流输出端通过双芯屏蔽线与所述正负接线柱电连接;所述容器平台,位于所述嵌套线圈机构的中心,用于盛放磁性螺旋形游动微机器人的溶液;所述观测记录装置竖直安装在所述嵌套线圈机构的正上方,且所述观测记录装置中的光学镜头对准所述容器平台。因此,本专利技术提供的操控系统结构简单紧凑,集成度高,操作便捷灵活,能够实现磁性螺旋形游动微机器人的精准操控。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性螺旋形游动微机器人的制备方法,其特征在于,所述磁性螺旋形游动微机器人为三维微螺旋形状结构的微机器人,所述磁性螺旋形游动微机器人包括微螺旋结构的生物有机质内核,以及表面包覆的磁性金属镀层;所述制备方法包括:步骤一、选取螺旋藻生物模板;步骤二、固定强化;将选取的所述螺旋藻生物模板在4℃温度条件下,在浓度为2.5%的戊二醛溶液中浸泡6小时,得到固定强化的螺旋藻细胞;步骤三、胶态钯活化;将所述固定强化的螺旋藻细胞在30℃温度条件下,在胶态钯溶液中进行表面活化处理,活化时间为10min,得到胶态钯活化后的螺旋藻细胞;步骤四、解胶;将所述胶态钯活化后的螺旋藻细胞在30℃温度条件下,在解胶溶液中进行解胶处理,解胶时间为1min;步骤五、化学镀镍;利用化学镀镍溶液,将经过解胶后的螺旋藻细胞进行化学镀镍;步骤六、对化学镀镍后的螺旋藻细胞进行清洗烘干,得到磁性螺旋形游动微机器人。

【技术特征摘要】
1.一种磁性螺旋形游动微机器人的制备方法,其特征在于,所述磁性螺旋形游动微机器人为三维微螺旋形状结构的微机器人,所述磁性螺旋形游动微机器人包括微螺旋结构的生物有机质内核,以及表面包覆的磁性金属镀层;所述制备方法包括:步骤一、选取螺旋藻生物模板;步骤二、固定强化;将选取的所述螺旋藻生物模板在4℃温度条件下,在浓度为2.5%的戊二醛溶液中浸泡6小时,得到固定强化的螺旋藻细胞;步骤三、胶态钯活化;将所述固定强化的螺旋藻细胞在30℃温度条件下,在胶态钯溶液中进行表面活化处理,活化时间为10min,得到胶态钯活化后的螺旋藻细胞;步骤四、解胶;将所述胶态钯活化后的螺旋藻细胞在30℃温度条件下,在解胶溶液中进行解胶处理,解胶时间为1min;步骤五、化学镀镍;利用化学镀镍溶液,将经过解胶后的螺旋藻细胞进行化学镀镍;步骤六、对化学镀镍后的螺旋藻细胞进行清洗烘干,得到磁性螺旋形游动微机器人。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述选取螺旋藻生物模板,具体包括:确定用户所需磁性螺旋形游动微机器人的结构参数;采用筛分方法,选取与所述用户所需磁性螺旋形游动微机器人结构参数相应的螺旋藻生物模板;所述筛分方法为采用200目-400目的不锈钢筛网进行逐次反复筛分的方法。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤五具体包括:将步骤五中的所述化学镀镍溶液在60℃的温度条件下进行水浴加热,然后将步骤四处理后的螺旋藻细胞加入化学镀镍溶液之中,之后在温度为60℃的持续水浴加热、搅拌速度为200r/min-300r/min的机械搅拌下进行化学镀镍反应,反应时间为5min-15min;所述化学镀镍溶液的组分为:4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述对化学镀镍后的螺旋藻细胞进行清洗烘干,得到磁性螺旋形游动微机器人,具体包括:采用去离子水对化学镀镍后的螺旋藻细胞进行多次清洗,并在60℃-80℃温度下烘干,得到磁性螺旋形游动微机器人;所述清洗的次数为3-5次。5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,1g所述螺旋藻细胞需要15mL-25mL胶态钯溶液;1g所述螺旋藻细胞需要25mL解胶溶液;1g所述螺旋藻细胞需要50mL-100mL化学镀镍...

【专利技术属性】
技术研发人员:蔡军龚德策力诺尔张德远
申请(专利权)人:北京航空航天大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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