关键词：
L型微纳机器人
非手性
电子束曝光技术
制备
运动控制
摘要：
随着纳米技术的发展与进步,使用微纳米机器人来实现靶向药物递送这一构想正逐渐变成现实。虽然微纳米机器人存在改善纳米药物递送系统的潜力,但目前的主要挑战之一是生物组织流体环境限制了较大尺度机器人的应用,而目前大多数研究都集中在微米与毫米尺度机器人的制备与功能开发上。因此为了推动微纳机器人的实际应用研究,本文通过电子束曝光技术来制备尺寸最小为400 nm的磁性纳米机器人。本研究采用二维L型的非手性结构设计制备磁性纳米机器人,满足了机器人的游泳形状要求。同时电子束曝光技术相比其它的微纳机器人制备方法如3D激光直写等大大简化了制备过程的复杂性。为了优化微纳机器人的游泳性能,本文详细研究了制备工艺参数对机器人样品重复性的影响。本研究所使用的制备方法结合了电子束曝光、电子束蒸发和ICP(电感耦合等离子体)蚀刻技术来制备二维非手性L型微纳机器人。本研究使用定制的磁场控制系统来驱动非手性L型微纳机器人,在外部旋转磁场作用下微纳机器人能够将旋转运动转化为前进位移。为了测试微纳机器人的运动性能,本文通过成像系统记录机器人的运动姿态并通过图像跟踪算法分析其运动表现。此外,通过调整三维旋转磁场的方向,进行了非手性L型微纳机器人的3D运动控制。本文通过对非手性L型微纳机器人制备流程和在旋转磁场下的的运动控制研究,得到了以下的成果:(1)在已有的设计理论基础上成功的制备出了最小边长为400 nm的非手性L型微纳机器人,并且对制备过程中的各个细节进行梳理,总结了剥离工艺中使用氢氧化钠调节过氧化氢溶液p H值来成功收集到L型微纳机器人的实验参数;(2)在旋转磁场下结合高倍显微镜的使用,对L型微纳机器人的运动姿态变化进行了分析,有利于确定最快前进速度下的L型微纳机器人的运动状态;(3)对L型微纳机器人在旋转磁场下的3D运动控制进行了初步的探索,该成果有望结合微纳机器人的集群控制,实现在生物体内的靶向运动操控。本文的创新点在于提出了利用电子束曝光技术来制备微纳机器人,相较于目前该领域中的其他制备方法,如紫外光刻、激光直写和化学合成等方法,能够实现高精度和高产出的特点优势,这些特点对于靶向药物运输是非常重要的,同时该技术还为制备尺寸适合在生物体内运动的微纳机器人提供了方法。该研究通过制备简单二维形状的非手性L型微纳机器人,在旋转磁场中可实现三维运动,这项工作的成果将是微纳机器人迈向实用药物输送系统的重要一步。
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