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一种软体微纳马达及其制备方法.pdf

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一种 软体 马达 及其 制备 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910031006

申请日:

20190114

公开号:

CN109568591A

公开日:

20190405

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: A61K47/02;B01L3/00 主分类号: A61K47/02;B01L3/00
申请人: 中国科学院化学研究所
发明人: 姚立;许敏;王秀瑜;李起龙
地址: 100190 北京市海淀区中关村北一街2号
优先权:
专利代理机构: 11245 代理人: 王春霞
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910031006

授权公告号:

法律状态公告日:

20190405

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开了一种软体微纳马达及其制备方法。所述软体微纳马达的制备方法包括如下?#34903;瑁閡源?#24615;颗粒的分散液作为分散相,以表面活性剂的水溶液作为连续相,采用液滴微流控方法,所述分散相被所述连续相剪切成磁流体微液滴,即得可在梯度磁场下定向运动的体微纳马达。本发明基于微流控技术,构筑磁流体微液滴,并?#28304;?#30913;流体微液滴为结构单元,可构筑微纳马达。因此,开展软体微纳马达技术的相关研究,将有助于提高微纳马达的作动能力和生物兼容性,推动微纳马达技术的应用研究,具有显著的现实意义和实用价值。

权利要求书

1.一种软体微纳马达的制备方法,包括如下?#34903;瑁??#28304;?#24615;颗粒的分散液作为分散相,以表面活性剂的水溶液作为连续相,采用液滴微流控方法,所述分散相被所述连续相剪切成磁流体微液滴,即得可在梯度磁场下定向运动的体微纳马达。 2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述磁性颗粒为下述1)或2): 1)含有Fe、Co、Ni和Mn中至少一种元素的金属氧化物; 2)由Fe、Co、Ni和Mn中至少两种元素组成的合金; 所述磁性颗粒的粒径为1nm~10um。 3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:所述分散液中所述磁性颗粒的质量-体积浓度为0.1~100mg/mL。 4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述分散液采用的溶剂为有机溶?#31890;?所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和二硫化碳中的至少一种。 5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵和Tween中的至少一种。 6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述连续相中所述表面活性剂的质?#39063;?#24230;为0~50%,但不为零。 7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述液滴微流控方法的条件如下: 采用通道形状为T型、L型、Y型或十?#32440;?#21449;型的微流控芯片; 所述微流控芯片的材质为聚二甲基硅氧完、石英、玻璃或不锈钢; 所述分散相的流速为1~1000μL/min-1,所述连续相的流速为1~1000mL/min-1。 8.权利要求1-7中任一项所述方法制备的软体微纳马达。 9.根据权利要求8所述的软体微纳,其特征在于:所述软体微纳马达的?#26412;?#20026;10nm~1000μm。 10.权利要求8或9所述软体微纳马达在梯度磁场作用下定向运输药物中的应用。

说明书


一种软体微纳马达及其制备方法
技术领域


本发明涉及一种软体微纳马达及其制备方法,属于微纳器件技术领域。


背景技术


自驱动微纳马达是一种能够将其他形式的能量转化为动能,产生自主运动(包括
平移/转动/翻动和梭动)的微纳米器件。利用其运动及负载特征,微纳马达被用作智能载
体,广泛应用于靶向治疗、细胞操作、药物运输、环境保护等领域。微纳马达无论是在基础研
究还是实际应用?#21152;?#26377;巨大的潜力,是一个独具魅力的研究领域。


目前微纳马达的驱动方式、结构、制备方法及组成主要具有以下的特征:首先,驱
动方?#34903;?#35201;有化学驱动及外场物理驱动。化学驱动微纳马达主要以过氧化氢、水溶液或者
酸溶液作为化学燃料,在催化剂Pt/Ag/Mg等界面发生氧化还原反应,将化学能转化成为机
械能。其原理简单,驱动力强。外物理场驱动的微纳马达主要是通过具有磁性光敏性的材
料,将磁场、光源、电场、超生场等外界能量转化为机械能驱动微纳马达运动。再次,对于微
纳马达的结构,一般主要为人工构筑的异质非对称结构,包括双面神/多层管状及螺旋结
构。通常,这类结构使得微纳马达的构筑及其复杂繁琐,大多采用电化学沉积、模版辅助及
薄膜自卷曲法等。


综上分析,目前微纳马达技术领域尚有一些技术问题和技术空白:1)目前的微纳
马达大多是刚性结构。刚性的结构在执行任务时候的灵活?#28304;?#22312;不足,尤其是在医药生物
领域的应用过程中,可能会引起机体软组织的损伤,进而限制其在生物相关介质中的应用。
2)微纳马达异质的非对称结构的构筑多采用电化学沉积/模版辅助等自上而下的微加工制
备方法,而极少是利用自下而上的构筑技术。


发明内容


本发明的目的是提供一种软体微纳马达及其制备方法,所述马达能够在梯度磁场
中沿着磁场梯度定向运动,软体特性能够使马达自由灵活的穿越狭窄的缝隙,实现其在更
多方面的应用价值。


本发明所提供的软体微纳马达的制备方法,包括如下?#34903;瑁?br>

?#28304;?#24615;颗粒的分散液作为分散相,以表面活性剂的水溶液作为连续相,采用液滴
微流控方法,所述分散相被所述连续相剪切成磁流体微液滴,即得可在梯度磁场下定向运
动的软体微纳马达。


上述的制备方法中,所述磁性颗粒为下述1)或2):


1)含有Fe、Co、Ni和Mn中至少一种元素的金属氧化物,优选Fe
3O
4、Fe
2O
3、Co
3O
4等;


2)由Fe、Co、Ni和Mn中至少两种元素组成的合金,优选FePt合金;


所述磁性颗粒的粒径为1nm~10μm。


上述的制备方法中,所述分散液中所述磁性颗粒的质量-体积浓度可为0.01~
10mg/mL,具体可为0.5~1mg/mL、0.5mg/mL或1mg/mL。


上述的制备方法中,所述分散液采用的溶剂可为有机溶?#31890;?br>

所述有机溶剂可为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和二硫化碳中的至少一种。


上述的制备方法中,所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇、十六烷基三甲
基溴化铵和Tween中的至少一种;


所述聚乙烯醇(PVA)的聚合度可为1700~2400,醇解度为60~100%。


上述的制备方法中,所述连续相中所述表面活性剂的质?#39063;?#24230;为0~50%,但不为
零,如0.1%~0.25%、0.1%、0.15%或0.25%。


上述的制备方法中,所述液滴微流控方法的条件如下:


采用通道形状为T型、L型、Y型或十?#32440;?#21449;型的微流控芯片;


所述微流控芯片的材质为聚二甲基硅氧完、石英、玻璃或不锈钢;


所述分散相的流速为1~1000μL/min
-1,如50μL/min
-1,所述连续相的流速为1~
1000mL/min
-1,如5mL/min
-1~6mL/min
-1。


本发明提供的软体微纳的?#26412;?#20026;10nm~1000μm,优选200μm;可用于靶向治疗、细
胞操作、药物运输或环境保护等领域。


相比于传统的刚性结构,本发明提供的微纳马达,由于其液滴的可变形性,此软体
马达相比于传统的微纳马达更加柔软,可以通过明显的?#36153;?#21644;变形通过微孔结构,在接触
时能很好地符合微尺度形?#29627;?#20135;生更强的相互作用以便交付货物。本发明基于微流控技术,
构筑磁流体微液滴,并?#28304;?#30913;流体微液滴为结构单元,可构筑微纳马达。因此,开展软体微
纳马达技术的相关研究,将有助于提高微纳马达的作动能力和生物兼容性,推动微纳马达
技术的应用研究,具有显著的现实意义和实用价值。


附图说明


图1为实施例1中单液滴在磁场中直线运动(速度:50μm/s)。


图2为实施例2中群液滴在磁场中集体直线运动(平均速度:50μm/s)。


图3为实施例3中单液?#26410;?#36234;60μm狭缝的变形运动(速度:15μm/s)。


具体实施方式


下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。


下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可?#30001;?#19994;途径得到。


实施例1、


1)将1mg/mL、20nm Fe
3O
4纳米粒子溶于10mL的二氯甲烷中,得到的混合磁性溶液作
为分散相;


2)连续相为质量分数为0.25%的十二烷基磺酸钠的水溶?#28023;?br>

3)将连续相和分散相分别注入到微流控芯片(材质为玻璃)的T型通道的不同通道
中,分散相的流速为50μL min
-1,连续相的流速为6mL min
-1。分散相在微流控芯片中被连续
相剪切成200μm的磁性微液滴。


将上述所制备的磁性液滴放置于梯度磁场下,通过磁场驱动液滴直线运动。使用
装备有高速照相机的光学显微镜(IX71,Olympus)监测乳液滴的运动过程。该实施例所制备
的磁性微液滴在梯度磁场下的直线运动如图1所示。


实施例2、


1)将0.5mg/mL、20nm Fe
3O
4纳米粒子溶于10mL的二氯甲烷中,得到的混合磁性溶液
作为分散相;


2)连续相为质量分数为0.1%的聚乙烯醇(聚合度为1700,醇解度为88%)的水溶
?#28023;?br>

3)将连续相和分散相分别注入到微流控芯片(材质为玻璃)的T型通道的不同通道
中,分散相的流速为50μL min
-1,连续相的流速为6mL min
-1。分散相在微流控芯片中被连续
相剪切成200微米的磁性微液滴。


将上述所制备的磁性液滴放置于梯度磁场下,通过磁场驱动液滴直线运动。使用
装备有高速照相机的光学显微镜(IX71,Olympus)监测乳液滴的运动过程。该实施例所制备
的磁性微液滴在梯度磁场下的直线运动如图2所示。


实施例3、


1)将0.5mg/mL、4nm Fe
3O
4纳米粒子溶于10mL的二氯甲烷中,得到的混合磁性溶液
作为分散相;


2)连续相为质量分数为0.15%聚乙烯醇(聚合度为2400,醇解度为98%)的水溶
?#28023;?br>

3)将连续相和分散相分别注入到微流控芯片(材质为玻璃)T型通道的不同通道
中,分散相的流速为50μL min
-1,连续相的流速为5mL min
-1。分散相在微流控芯片中被连续
相剪切成200微米的磁性微液滴。


将上述所制备的磁性液滴放置于梯度磁场下,通过磁场驱动液滴直线运动。使用
装备有高速照相机的光学显微镜(IX71,Olympus)监测乳液滴的运动过程。该实施例所制备
的磁性微液滴在梯度磁场下穿越缝隙的运动如图3所示。


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