CN109568591A - 一种软体微纳马达及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

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步骤：以磁性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，并以此磁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。

Description

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都拥有巨大的潜力，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，驱动方式主要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性存在不足，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，包括如下步骤：
以磁性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Fe3O4、Fe2O3、Co3O4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剂；
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量浓度为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型或十字交叉型的微流控芯片；
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直径为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，可以通过明显的挤压和变形通过微孔结构，在接触时能很好地符合微尺度形貌，产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，并以此磁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中单液滴穿越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，均可从商业途径得到。
实施例1、
1)将1mg/mL、20nm Fe3O4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液；
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 Fe3O4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％)的水溶液；
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 Fe3O4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％)的水溶液；
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。

Claims (10)

1.一种软体微纳马达的制备方法，包括如下步骤：
以磁性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剂；
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量浓度为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型或十字交叉型的微流控芯片；
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直径为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。
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