一种仿生细菌微尺度游泳机器人的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种仿生细菌微尺度游泳机器人的制备方法及其应用。属于生物医学技术领域。本发明专利技术通过将天然灵芝孢子(GLS)为模板与树脂的可塑性固化成型的特性结合，通过微波或高压工艺在GLS上制备出类细菌鞭毛的结构，经过磁化后生成仿生细菌微尺度游泳机器人。该机器人可以在磁场作用下获得可操纵性，具有广阔的应用前景。在生物医学方面的靶向治疗

【技术实现步骤摘要】
一种仿生细菌微尺度游泳机器人的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及生物医学
，更具体的说是涉及一种仿生细菌微尺度游泳机器人的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]生物微马达经过亿万年的进化而出现，可以实现许多复杂的生理活动，如物质传递、肌肉收缩等。无论是宏观生命体还是微观生物，都离不开这些生物马达不断的运动。人们从微生物的独特构造中获取了灵感，设计出许多仿生微/纳米机器人。微纳米技术向着现代生物医学深层次渗透，微/纳米机器人由于其极小的体积，能够进入现有仪器难以触及的微小空间，可以为生物医学提供如疾病监测、靶向药物递送、微创手术等技术支持，同样也能够应用于污染治理、毒性检测及环境修复方面，具有广泛的应用前景。然而，传统的制备工艺较为复杂，且需要高昂精密的设备。因此研究微/纳米机器人的新型制备手段，开发低成本微/纳米机器人具有重要意义。
[0003]目前微/纳米机器人的制备方法主要有两大类：一种是化学合成，此方法制备这些微纳米级别的结构需要精密的仪器和设备，过程复杂且成本高昂。原料大多用的是金属物质，对于生物医药的应用来说金属通常不具备良好的生物相容性，容易引起毒性反应；第二种是以自然界中具有独特微尺度结构的植物原料作为模板，进行加工处理获得微/纳米机器人，比如灵芝的孢子、松花花粉及螺旋藻等材料。植物衍生物在环境中数量众多，材料易于获得，存在独特的结构与良好的生物体活性，因此植物模板有着广阔的应用前景。
[0004]目前针对微/纳米机器人的人工操纵运动方面，仍然不能将能源、控制与操作系统集中在微/纳米机器人本体上。现有化学催化动力以及采用外部物理场作用，例如电场、超声波、光能及磁场等。化学催化控制方法的最大缺点是自主运动难以控制，并且会随时间耗尽燃料后停止工作；电场下受控运动的物体有着导体的限制，微/纳米机器人会极其容易受到干扰；超声波影响较大，会对生物组织造成损害；光能对介质的穿透性、光透过率有一定要求；而磁场具有对生物相容性的能量转换机制，克服了化学驱动对燃料的依赖，对所处的环境没有太多的特殊需要，具有良好的研究意义。
[0005]制备微/纳米机器人的辅助材料中，树脂在一定的光或热的作用下，其内部的小分子物质可以发生交联，聚合成高分子固化物，具有良好的液体流动性及快速固化的可塑性等优点，是制备微纳米结构的理想材料。
[0006]因此开发一种新的工艺去制备以自然衍生物为材料、利用磁场为驱动能源的仿生细菌鞭毛机器人，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种仿生细菌微尺度游泳机器人的制备方法及其应用。本专利技术采用微波、高压等技术手段，通过参数优化等进行改良。本专利技术制备的仿生细菌微尺度游泳机器人为生物杂化型机器人，本专利技术制备的仿生细菌微尺度游泳机器人为磁性类细
菌鞭毛结构微泳体，有着与天然细菌类似的鞭毛结构，且能在磁场作用下动态运动控制及靶向肝癌细胞运动，表现出良好的靶向治疗、药物运输发展前景。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种仿生细菌微尺度游泳机器人的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)化学处理GLS(天然灵芝孢子)样品
[0011](11)脱脂处理：将GLS进行脱脂处理，得到脱脂后的GLS；
[0012](12)化学破壁：将脱脂后的GLS与质量浓度18％的氢氧化钠溶液搅拌均匀，22℃混合反应24h，之后依次用去离子水和乙醇洗涤，冻干得化学破壁后的GLS；
[0013]其中，脱脂后的GLS与氢氧化钠溶液的质量体积比为1:25g/ml；
[0014](2)制备存在仿生鞭毛结构的样品
[0015]取步骤(1)制备的化学破壁后的GLS，采用微波辅助处理法或高压辅助处理法制备存在仿生鞭毛结构的样品；
[0016](3)磁性粒子混合法赋予磁性
[0017](31)激光烧蚀Fe3O4NPs(四氧化三铁纳米粒子)：取Fe3O4NPs与去离子水混合，超声24h后利用激光处理，得加工后的Fe3O4NPs溶液；
[0018]所述Fe3O4NPs与去离子水的质量体积比为25:2mg/ml；
[0019](32)磁性赋予：取加工后的Fe3O4NPs溶液与光敏弹性树脂溶液混合，超声分散24h后与存在仿生鞭毛结构的样品混合，真空负压2h后，采用微波处理60s，即得仿生细菌微尺度游泳机器人；
[0020]其中，加工后的Fe3O4NPs溶液与光敏弹性树脂溶液的体积比为1:4。
[0021]进一步的，所述步骤(11)的具体操作为：将GLS与丙酮置于索氏提取器中(GLS与丙酮的质量体积比为1:30g/ml)，在70℃条件的油浴冷却回流24h；接着利用循环水式多用真空泵抽滤，分别用去离子水、乙醇抽滤洗涤3次，放入真空冷冻干燥机内冻干，获得脱脂后的GLS。
[0022]进一步的，步骤(2)中所述微波辅助处理法的具体操作为：
[0023](1)准备负载树脂溶液：取光敏树脂或光敏弹性树脂与N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液混合分散5min，抽真空30min去除微小气泡，得负载树脂溶液；
[0024](2)真空负载：取化学破壁后的GLS与负载树脂溶液混合，真空负压处理2h，离心留沉淀；将沉淀在去离子水中均匀分散，得混合物；
[0025]其中，沉淀与去离子水的质量体积比为1:10g/ml；
[0026]具体的：取化学破壁后的GLS与负载树脂溶液混合，旋匀于离心管中，开口放入真空泵中负压处理2h。取出后在20℃，5000r/min下离心5min，倒出上层多余树脂清液，得负载树脂的GLS。用玻璃棒蘸取离心管底部的棕色沉淀，在去离子水中均匀分散，得混合物。
[0027](3)微波加工：将所述混合物依次经微波处理、紫外光照射5min，处理后进行干燥，获得存在仿生鞭毛结构的样品；
[0028]其中，微波处理的具体参数为：微波频率为2450MHz，微波输出功率为700W，微波时间为30～120s。
[0029]进一步的，步骤(1)中所述光敏树脂与N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液的质量比为(2～4):1。
[0030]所述光敏弹性树脂与N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液的质量比为1:1。
[0031]进一步的，步骤(2)中所述高压辅助处理法的具体操作为：
[0032](1)准备样品：将PDMS预聚物与PDMS固化剂混合，配置PDMS溶液；之后加入N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液与化学破壁后的GLS混合均匀，离心去上清，得混合物；
[0033]其中，PDMS预聚物与PDMS固化剂的质量比为10:1；
[0034]PDMS溶液、N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液与化学破壁后的GLS的质量比为3.3:3.3:1；
[0035]离心的具体参数为：20℃下5000r/min离心10min；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生细菌微尺度游泳机器人的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)化学处理GLS样品(11)脱脂处理：将GLS进行脱脂处理，得到脱脂后的GLS；(12)化学破壁：将脱脂后的GLS与质量浓度18％的氢氧化钠溶液搅拌均匀，22℃混合反应24h，之后依次用去离子水和乙醇洗涤，冻干得化学破壁后的GLS；其中，脱脂后的GLS与氢氧化钠溶液的质量体积比为1:25g/ml；(2)制备存在仿生鞭毛结构的样品取步骤(1)制备的化学破壁后的GLS，采用微波辅助处理法或高压辅助处理法制备存在仿生鞭毛结构的样品；(3)磁性粒子混合法赋予磁性(31)激光烧蚀Fe3O4NPs：取Fe3O4NPs与去离子水混合，超声24h后利用激光处理，得加工后的Fe3O4NPs溶液；所述Fe3O4NPs与去离子水的质量体积比为25:2mg/ml；(32)磁性赋予：取加工后的Fe3O4NPs溶液与光敏弹性树脂溶液混合，超声分散24h后与存在仿生鞭毛结构的样品混合，真空负压2h后，采用微波处理60s，即得仿生细菌微尺度游泳机器人；其中，加工后的Fe3O4NPs溶液与光敏弹性树脂溶液的体积比为1:4。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述微波辅助处理法的具体操作为：(1)准备负载树脂溶液：取光敏树脂或光敏弹性树脂与N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液混合，抽真空，得负载树脂溶液；(2)真空负载：取化学破壁后的GLS与负载树脂溶液混合，真空负压处理2h，离心留沉淀；将沉淀在去离子水中均匀分散，得混合物；其中，沉淀与去离子水的质量体积比为1:10g/ml；(3)微波加工：将所述混合物依次经微波处理、紫外处理后进行干燥，获得存在仿生鞭毛结构的样品；其中，微波处理的具体参数为：微波频率为2450MHz，微波输出功率为70...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景梅，宋杭泽，卫若兰，翁占坤，于苗苗，刘通，王冠群，王深智，王莹，曲凯歌，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：