CN110478607B - 一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，属于微米机器人制备领域。本发明一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法具体步骤为：一、使用聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)制备多足软体爬行机器的结构骨架；二、多孔过滤膜电化学沉积金属；三、去除多孔过滤膜上的聚电解质层；四、将作为模板的多孔过滤膜溶解。本发明一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，爬虫类仿生机器人运动灵活，可翻越障碍物，体积比传统的机器人小，在复杂的人体环境中爬行的阻力会减小很多，可以在人体血管内壁中爬行前进，运载药物，进行自主可控运输，自驱动突破生物屏障。

Description

一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新形状的能够附着在流体通道壁上运动的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备，属于微米机器人制备领域。
背景技术
近二十年来游动微米机器人在构筑方法、驱动方式、驱动机理以及潜在生物医学应用方面取得了一定的进展。然而面对临床应用的需求，微米机器人在安全性、穿越生物屏障、运动机理、智能运动控制、生物应用方面仍然面临着挑战。目前的给药策略主要依赖于系统血流的被动扩散，但在血栓、逆流等情况下，也会阻碍靶点向某些靶点的给药。许多细胞，如中性粒细胞，由于靠近血管的流体流速较低，虽然在血管上有各种各样的粘附作用，但它们的运动是受控的。因此，附着在流体通道壁上的运动可以为体内的受控主动输送提供相当大的希望。为了实现微米机器人在医学领域的实际应用，就需要解决具有生物相容性，生物降解性和药物转载与运输问题，实现微米机器人智能控制以及主动药物靶向运输。目前为止，合成微米尺寸机器人的研究很多，但是这些方法并不能得到具有规则形状的非球形、非棒状粒子，过程复杂且实验重复性不高，能够附着在流体通道壁上运动的微米机器人更是没有研究先例。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即传统微米级别的机器人形状单一，在生物体血管中无法贴壁运动；多足仿生类的机器人体积庞大，多用来探测地质灾害等，无法应用于生物体内。至今没有方法可以将多足爬行机器人缩小到微米级别，并成功应用于生物体血管中。我们将模板法与电化学沉积相结合，进而提供一种新形状的能够附着在流体通道壁上运动的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，所述新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法具体步骤为：
一、使用聚苯乙烯磺酸钠和聚二烯丙基二甲基氯化铵制备多足软体爬行机器的结构骨架
步骤一：配置1-5mg/ml的聚苯乙烯磺酸钠和聚二烯丙基二甲基氯化铵的聚电解质盐溶液；
步骤二：将多孔过滤膜放入1-5mg/ml的聚苯乙烯磺酸钠的聚电解质盐溶液中，震荡10-30min，将溶液倒掉，用水反复清洗3-5次；
步骤三：将步骤二的多孔过滤膜放入1-5mg/ml的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中，震荡10-30min，将溶液倒掉，用水反复清洗3-5次；
步骤四：将步骤二和步骤三重复5-20次；
二、多孔过滤膜电化学沉积金属
步骤五：将步骤四的多孔过滤膜放入电镀液中，在多孔过滤膜的孔道中电化学沉积金属物质；
三、去除多孔过滤膜上的聚电解质层
步骤六：使用棉签和打磨粉反复打磨多孔过滤膜的表面，打磨20-50min后直到看到表面光滑；
四、将作为模板的多孔过滤膜溶解
步骤七：先将多孔过滤膜烘干，再放入到2-10ml的二氯甲烷溶液中，静置 10-30分钟；
步骤八：将步骤七中放入多孔过滤膜的二氯甲烷溶液在离心机中离心 2-10min，再用移液枪吸去上清液后，加入新的二氯甲烷溶液，超声，再离心；
步骤九：重复步骤七和步骤八3-5次；
步骤十：将上述离心后的沉淀产物用乙醇清洗2-5次，再使用水清洗2-5次，得到磁性聚合物多足微米爬行机器人。
本发明一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，实验中多孔过滤膜的孔径为50nm～5μm。
本发明一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，实验步骤中所用水均为去离子水。
本发明一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，所述步骤六中，所用打磨粉为氧化铝。
本发明一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，所述步骤八中，离心机转速为2000-8000rpm。
本发明一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，所述步骤八中，超声时间为3-8分钟。
本发明一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，所述步骤五中电镀液为氨基磺酸镍、氯化镍和硼酸的混合溶液。
本发明一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，爬虫类仿生机器人运动灵活，可翻越障碍物，体积比传统的机器人小，在复杂的人体环境中爬行的阻力会减小很多，可以在人体血管内壁中爬行前进，运载药物，进行自主可控运输，自驱动突破生物屏障；本发明的制备的新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人在生物医学，仿生设计等领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的磁性聚合物多足微米爬行机器的结构示意图。
图2是试验例制备的磁性聚合物多足微米爬行机器光学显微镜照片。
图3是试验例制备的磁性聚合物多足微米爬行机器的扫描电镜照片。
图4是试验例制备的磁性聚合物多足微米爬行机器的共聚焦成像图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例一：如图1-4所示，本实施例所涉及的一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，所述新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法的最佳方案：
一、使用聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)制备多足软体爬行机器的结构骨架
步骤一：配置2mg/ml的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)溶液和2mg/ml的聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)溶液：50ml去离子水中加入8.775g氯化钠，再加入0.5ml 聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液(PDDA)；50ml去离子水加入8.775g氯化钠，再加入0.1g聚苯乙烯磺酸钠固体粉末(PSS)；
步骤二：将聚碳酸酯的多孔过滤膜放入2mg/ml的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)溶液中，震荡15min，将溶液倒掉，加入去离子水清洗三次；
步骤三：将聚碳酸酯的多孔过滤膜放入2mg/ml的聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)溶液中，震荡15min，将溶液倒掉，加入去离子水清洗三次；
步骤四：将步骤二和步骤三重复10次；
二、多孔过滤膜电化学沉积金属
步骤五：将步骤四的多孔过滤膜放入1.6mol/L的氨基磺酸镍和0.2mol/L的氯化镍的电镀液中，用0.5mol/L的硼酸溶液调节pH值到4，利用三电极体系在多孔过滤膜的孔道中电化学沉积2μm金属镍；
三、去除多孔过滤膜上的聚电解质层
步骤六：使用棉签和氧化铝的打磨粉打磨聚碳酸酯的多孔过滤膜的表面，打磨20分钟左右直到看到表面光滑；
四、将作为模板的聚碳酸酯的多孔过滤膜溶解
步骤七：先将步骤六中聚碳酸酯的多孔过滤膜烘干，再放入到4ml的二氯甲烷溶液中，静置15分钟；
步骤八：将步骤七中放入聚碳酸酯的多孔过滤膜的二氯甲烷溶液在离心机中离心2min，再用移液枪吸去上清液后，加入新的二氯甲烷溶液，超声，再离心；
步骤九：重复步骤七和步骤八3次；
步骤十：将上述离心后的沉淀产物用乙醇清洗2次，再使用去离子水清洗2 次，得到磁性聚合物多足微米爬行机器人。
本发明一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，实验中聚碳酸酯膜的孔径为50nm～5μm。
实施例二：如图1所示，本实施例所涉及的一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，所述一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的应用，将制备的新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人载药后放入生物体血管中，调节外加磁场的变化周期，变化角度和强度参数，调控多足爬行机器人在血管中的运动方向和速率，实验证明多足类仿生机器人可以适应各种崎岖地形，并具有极高的平稳性，多足的外形增加了爬行机器人与血管壁的摩擦力，使其在血管中不易被高速流动的血液冲走，实现药物的主动运输，而不是传统的被动扩散模式。
本发明制备的新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人，所用材料是聚电解质的，生物降解性好；人体血液中是含有铁、镍等金属元素，本发明含有少量金属元素对人体无害。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，其特征在于，所述新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法具体步骤为：
一、使用聚苯乙烯磺酸钠和聚二烯丙基二甲基氯化铵制备多足软体爬行机器的结构骨架
步骤一：配置1-5mg/ml的聚苯乙烯磺酸钠和聚二烯丙基二甲基氯化铵的聚电解质盐溶液；
步骤二：将多孔过滤膜放入1-5mg/ml的聚苯乙烯磺酸钠的聚电解质盐溶液中，震荡10-30min，将溶液倒掉，用水反复清洗3-5次；
步骤三：将步骤二的多孔过滤膜放入1-5mg/ml的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中，震荡10-30min，将溶液倒掉，用水反复清洗3-5次；
步骤四：将步骤二和步骤三重复5-20次；
二、多孔过滤膜电化学沉积金属
步骤五：将步骤四的多孔过滤膜放入电镀液中，在多孔过滤膜的孔道中电化学沉积金属物质；
三、去除多孔过滤膜上的聚电解质层
步骤六：使用棉签和打磨粉反复打磨多孔过滤膜的表面，打磨20-50min后直到看到表面光滑；
四、将作为模板的多孔过滤膜溶解
步骤七：先将多孔过滤膜烘干，再放入到2-10ml的二氯甲烷溶液中，静置10-30分钟；
步骤八：将步骤七中放入多孔过滤膜的二氯甲烷溶液在离心机中离心2-10min，再用移液枪吸去上清液后，加入新的二氯甲烷溶液，超声，再离心；
步骤九：重复步骤七和步骤八3-5次；
步骤十：将上述离心后的沉淀产物用乙醇清洗2-5次，再使用水清洗2-5次，得到磁性聚合物多足微米爬行机器人。
2.根据权利要求1所述的一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，其特征在于，所述新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法中多孔过滤膜的孔径为50nm～5μm。
3.根据权利要求1所述的一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，其特征在于，所述新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法具体步骤中所用水均为去离子水。
4.根据权利要求1所述的一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，其特征在于，所述步骤六中，所用打磨粉为氧化铝。
5.根据权利要求1所述的一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，其特征在于，所述步骤八中，离心机转速为2000-8000rpm。
6.根据权利要求1所述的一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，其特征在于，所述步骤八中，超声时间为3-8分钟。
7.根据权利要求1所述的一种新形状的磁性聚合物多足微米爬行机器人的制备方法，其特征在于，所述步骤五中电镀液为氨基磺酸镍、氯化镍和硼酸的混合溶液。
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