一种螺旋型微型机器人及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种螺旋型微型机器人及其制备方法和用途，所述螺旋型微型机器人的螺旋角为15‑75°，所述螺旋型微型机器人的体长为40‑1000μm，其能在磁场驱动下进行运动，且所述螺旋型微型机器人的制备方法简单，制备得到的螺旋型微型机器人的一致性好，产量高，可用于靶向送药。

A spiral micro robot and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋型微型机器人及其制备方法和用途
本专利技术属于微型机器人领域，涉及一种螺旋型微型机器人及其制备方法和用途。
技术介绍
近年来，越来越多科研工作者将目光投向微型机器人。微型机器人因为其体积小的特点从而可以进入一些狭窄区域协助外科医生完成手术。依靠化学燃料、外部电场、光场、超声和磁场驱动的微纳米机器人的制备在最近几年来取得飞快的进步。在这些不同类型的驱动方式中，磁场驱动因其无毒和可操作性强的特点受到了越来越多科学家的关注。常见的磁场驱动方式包括了旋转磁场驱动和梯度磁场驱动两种。但是梯度磁场需要较大的磁场强度和较低的驱动效率，因此更多人把希望寄托于旋转磁场上。而当一个物体缩小至一定尺寸后，惯性力不再占据主导作用，一般的往复运动将不再能让微小物体在液体中获得向前的速度。因此在旋转磁场作用下，简单的往复式旋转运动不会让物体获得一个向前的速度。自然界中有两种微型生物，一种是具有柔性尾巴的精子细胞，另外一种是具有螺旋型鞭毛的细菌，该种细菌的分子马达会驱动螺旋型的鞭毛产生旋转运动，从而产生一个向前的驱动力。受到自然界的启发，科学家一直至于制备这种可被旋转磁场驱动的仿生螺旋型微型机器人。2019年，瑞士苏黎世联邦理工大学的张立博士利用不同材料晶格不匹配从而产生应力的特性制备了这种螺旋型的三维结构，(参见文献：Zhang,L.,etal.,Artificialbacterialflagella:Fabricationandmagneticcontrol.AppliedPhysicsLetters,2009.94(6):p.064107.)；科学家在制备螺旋型结构时，增加了磁性材料镍，磁性头部会随着外部旋转磁场旋转，从而带动非磁性螺旋型尾部转动，从而获得向前运动的能力。目前，螺旋型机器人的制备方法包括以下步骤：首先，将砷化铝镓牺牲层和双层砷化镓铟/砷化镓通过分子束外延生长在晶向为001方向的砷化镓(GaAs)基底上；之后铬层通过电子束蒸镀的方式进行沉积；随后砷化镓铟/砷化镓/铬三层通过反应离子刻蚀的方式得到一个带状的图形；软磁性的头部是通过铬/镍/金层薄膜沉积和剥离工艺制备，最后，砷化铝镓牺牲层在2％氢氟酸溶液里进行选择性刻蚀，平面带状图案自发卷曲形成螺旋型结构；此方案存在的问题是制备步骤繁琐，涉及到的制备仪器较多，同时，制备中需要使用危险性很高的氢氟酸溶液。同时，将微型机器人用于靶向送药对送药量有着较高的要求，但是每个微型机器人上所载抗癌药物都是有限的，因此实现多个微型机器人对一处肿瘤细胞的送药，这个时候就对微型机器人的产量有着很高的要求；而目前采用的螺旋型微型机器人的制备过程的效率均较低，产率不足，且产品的一致性较差。而采用激光直写打印机技术，其仅适用于光敏材料，一般为非金属材料和无磁材料，打印效率低，约为1-2秒/个，且成本较高。因此，开发一种产量高的螺旋型微型机器人及其制备方法仍具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种螺旋型微型机器人及其制备方法和用途，所述螺旋型微型机器人的螺旋角为15-75°，所述螺旋型微型机器人的体长为40-1000μm，其能在磁场驱动下进行运动，且所述螺旋型微型机器人的制备方法简单，制备得到的螺旋型微型机器人的一致性好，产量高，可用于靶向送药。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种螺旋型微型机器人，所述螺旋型微型机器人的螺旋角为15-75°，例如15°、30°、45°、60°或75°等，所述螺旋型微型机器人的体长为40-1000μm，例如100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm或900μm等。本专利技术所述螺旋型微型机器人的体长可通过如下方法计算得到：其中，L为螺旋型微型机器人的体长，θ为螺旋型微型机器人的螺旋角；R为螺旋型微型机器人的半径。优选地，所述螺旋型微型机器人由长条形平行四边形卷曲得到。优选地，所述长条形平行四边形的一侧底角为15-75°，例如15°、30°、45°、60°或75°等，优选为20-40°。本专利技术所述螺旋型微型机器人通过长条形平行四边形卷曲得到，并控制长条形平行四边形的一侧底角为20-40°，由其得到的螺旋型微型机器人在磁场的驱动下具有更高的运动性能。优选地，所述长条形平行四边形进行卷曲后，以长条形平行边形的长边计，每30-80μm，例如35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm或75μm等，为螺旋型微型机器人的一匝。优选地，所述螺旋型微型机器人的螺旋角为20-40°，例如22°、24°、26°、28°、30°、32°、34°、36°或38°等。本专利技术所述螺旋型微型机器人的螺旋角在上述范围内，其有利于螺旋型微型机器人在磁场的作用下进行运动，改善微型机器人的运动性能。优选地，所述螺旋型微型机器人的体长为50-400μm，例如100μm、120μm、140μm、160μm、180μm、200μm、250μm、300μm、350μm或380μm等。优选地，所述螺旋型微型机器人为螺旋片状结构。优选地，所述螺旋片状结构的片状厚度为20-300nm，例如50nm、100nm、150nm、200nm或250nm等，优选为80-100nm。本专利技术所述螺旋型微型机器人为螺旋片状结构，其螺旋片状结构的片状厚度为20-300nm，其厚度在上述范围内，有利于所述螺旋型微型机器人在磁场驱动下进行运动。优选地，所述螺旋型微型机器人为金属材料。优选地，所述螺旋型微型机器人的材质为铁磁性金属材料。优选地，所述螺旋型微型机器人的材质为镍(Ni)、钛(Ti)、钴(Co)、铜(Cu)、金(Au)、铂(Pt)、铝(Al)、铁(Fe)或钴镍合金(CoNi)中的任意一种或至少两种的组合，优选为镍。第二方面，本专利技术提供了如第一方面所述的螺旋型微型机器人的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)在基底上形成光刻胶层，之后进行烘烤；(2)通过紫外曝光在光刻胶层上印刻长条形平行四边形，之后烘烤、显影；所述长条形平行四边形的一侧底角为15-75°；(3)在步骤(2)得到的长条形平行四边形上蒸镀金属材料层，之后置于加热的溶剂中浸泡，得到所述螺旋型微型机器人。本专利技术所述螺旋型微型机器人的制备过程中通过在基底上形成特定图形的光刻胶层，之后在光刻胶层上蒸镀金属材料层，之后将其置于溶剂中浸泡溶解所述光刻胶，由于光刻胶的溶胀作用带动所述金属材料层卷曲，当图形的排列方向和卷曲方向有偏差时，光刻胶层与金属材料层一同卷成螺旋型结构，之后进一步浸泡溶解，从而完成单层螺旋型微型机器人的制备；本专利技术所述方法的制备过程简单，且能实现大批量制备。本专利技术所述制备过程中利用光刻胶在溶剂中的溶胀作用使得光刻胶和其表面的金属材料层一同卷曲形成螺旋型结构，为达上述目的，此处需控制光刻胶的形状为长条形平行四边形，并控制其一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺旋型微型机器人，其特征在于，所述螺旋型微型机器人的螺旋角为15-75°，所述螺旋型微型机器人的体长为40-1000μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种螺旋型微型机器人，其特征在于，所述螺旋型微型机器人的螺旋角为15-75°，所述螺旋型微型机器人的体长为40-1000μm。


2.如权利要求1所述的螺旋型微型机器人，其特征在于，所述螺旋型微型机器人由长条形平行四边形卷曲得到；
优选地，所述长条形平行四边形的一侧底角为15-75°，优选为20-40°；
优选地，所述螺旋型微型机器人的螺旋角为20-40°。


3.如权利要求1或2所述的螺旋型微型机器人，其特征在于，所述螺旋型微型机器人的体长为50-400μm。


4.如权利要求1-3任一项所述的螺旋型微型机器人，其特征在于，所述螺旋型微型机器人为螺旋片状结构。


5.如权利要求4所述的螺旋型微型机器人，其特征在于，所述螺旋片状结构的片状厚度为20-300nm，优选为80-100nm。


6.如权利要求1-5任一项所述的螺旋型微型机器人，其特征在于，所述螺旋型微型机器人为金属材料；
优选地，所述螺旋型微型机器人的材质为铁磁性金属材料；
优选地，所述螺旋型微型机器人的材质为镍、钛、钴、铜、金、铂、铝、铁或钴镍合金中的任意一种或至少两种的组合，优选为镍。


7.如权利要求1-6任一项所述的螺旋型微型机器人的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在基底上形成光刻胶层，之后进行烘烤；
(2)通过紫外曝光在光刻胶层上印刻长条形平行四边形，之后烘烤、显影，所述长条形平行四边形的一侧底角为15-75°；
(3)在步骤(2)得到的长条形平行四边形上蒸镀金属材料层，之后置于加热的溶剂中浸泡，得到所述螺旋型微型机器人。


8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述基底包括硅片、二氧化硅或氮化硅中的任意一种；
优选地，步骤(1)所述光刻胶层的光刻胶为负胶；
优选地，步骤(1)所述光刻胶层的厚度为2-8μm；
优选地，步骤(1)所述在基底上形成光刻胶层的方法包括将光刻胶涂覆在基底上；
优选地，将光刻胶涂覆在基底上的方法为旋涂；
优选地，所述旋涂的转速为2000-4000rpm；
优选地，所述旋涂的时间为45-30s；
优选地，步骤(1)所述烘烤的时间为60-90s；
优选地，步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑裕基，汪子涵，穆学良，江腾，钟钰琨，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44