[发明专利]一种螺旋型微型机器人及其制备方法和用途

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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.,et al.,Artificialbacterial flagella:Fabrication and magnetic control.Applied Physics Letters,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。

发明内容

本发明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。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：