一种金属螺旋微纳机器人的制备方法和金属螺旋微纳机器人技术

本公开提供了一种金属螺旋微纳机器人的制备方法和金属螺旋微纳机器人。该金属螺旋微纳机器人的制备方法包括合成可飞秒激光聚合的金属光刻胶，利用飞秒激光全息光场加工上述可飞秒激光聚合的金属光刻胶，实现金属螺旋微纳机器人前驱体结构的聚合成型以及对上述金属螺旋微纳机器人前驱体结构进行烧结

【技术实现步骤摘要】
一种金属螺旋微纳机器人的制备方法和金属螺旋微纳机器人


[0001]本公开属于新材料和先进制造领域，具体涉及一种金属螺旋微纳机器人的快速制备方法。

技术介绍

[0002]金属微纳机器人是一种特征尺寸在微米级别甚至到纳米级别的微机器人，在外部条件如磁场、声场等的调控下，将药物或者细胞运输到特定微环境中，在生物医学和组织工程中具有广阔的应用前景。金属微纳机器人的制备取决于微纳金属三维结构的制备方法，现阶段微纳金属三维结构的制备方式主要有喷墨制造技术、等离子体沉积法、电子束自由成型法和基于粉末的选择性激光熔化技术，但这些金属增材技术的制造分辨率通常在20
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50μm，不能满足微纳金属器件高分辨率高精度的要求。
[0003]为了进一步提高微纳金属三维结构的加工精度和分辨率，研究人员提出了多种制备方法。例如，2009年，德国的Wegener课题组加工出模板并结合电化学沉积的方法加工出金属微纳螺旋结构。2019年瑞士的Cytosurge公司生产出FluidFM产品，将离子液体通过直径为300nm的微孔，并于基底产生电化学反应，从而实现1μm3至1000000μm3的三维微纳金属结构的打印。但是这些方法基于化学反应堆积成型，打印速度慢，效率低下。
[0004]飞秒激光双光子加工技术由于具有热效应小，加工分辨率高等优势，被应用于微纳金属结构的3D打印中。使用飞秒激光加工微纳金属三维结构的方式主要有飞秒激光光还原金属、飞秒激光加工模板结合金属填充、光动力学金属粒子的自组装、选择性激光烧结。光动力学金属粒子的自组装和选择性激光烧结只能加工金属的二维图案，加工的微结构厚度较薄，无法形成三维结构；光还原金属的方法只能加工特别简单的三维结构，如“金字塔”结构，难以形成复杂的三维结构；模板沉积的方法需要先进行模板的加工制造，加工工艺繁琐，且加工的微结构与基底间往往有多余的导线结构。目前这些加工方式都无法实现高分辨率(＜20μm)的真三维微纳金属结构的制备。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本公开实施例提供了一种金属螺旋微纳机器人的制备方法和金属螺旋微纳机器人。
[0006]本公开实施例的一个方面提供了一种金属螺旋微纳机器人的制备方法，包括：
[0007]合成可飞秒激光聚合的金属光刻胶；
[0008]利用飞秒激光全息光场加工上述可飞秒激光聚合的金属光刻胶，实现金属螺旋微纳机器人前驱体的聚合成型；
[0009]对上述金属螺旋微纳机器人前驱体进行烧结
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热还原处理，获得金属螺旋微纳机器人。
[0010]根据本公开的实施例，上述合成可飞秒激光聚合的金属光刻胶包括：
[0011]将2
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甲氧基乙醇镍与丙烯酸在真空条件下混合，发生配体交换反应，生成具有丙
烯酸镍和2
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甲氧基乙醇的溶液；
[0012]将上述具有丙烯酸镍和2
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甲氧基乙醇的溶液在预设压强下放置，去除60％的2
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甲氧基乙醇，丙烯酸镍溶解在剩余40％的甲氧基乙醇中生成溶液；
[0013]将放置后得到的溶液与季戊四醇三丙烯酸酯相混合，在振荡器下进行搅拌，其中，所述季戊四醇三丙烯酸酯作为光交联剂提高光聚合前驱体的结构强度；
[0014]将7
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二乙基氨基
‑3‑
噻吩甲酰基香豆素作为光引发剂加入到二氯甲烷中充分溶解，然后将得到的液体加入上述在振荡器下搅拌后得到的溶液，在上述振荡器下震荡混合，得到上述可飞秒激光聚合的金属光刻胶。
[0015]根据本公开的实施例，所用2
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甲氧基乙醇镍、丙烯酸、季戊四醇三丙烯酸酯、7
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二乙基氨基
‑3‑
噻吩甲酰基香豆素与二氯甲烷的质量比为12.9∶1∶3∶0.23∶1。
[0016]根据本公开的实施例，上述放置的时间为45min；上述搅拌的时间为1min；上述震荡混合时间为1min；上述预设压强为0.01bar。
[0017]根据本公开的实施例，上述利用飞秒激光全息光场加工可飞秒激光聚合的金属光刻胶，实现金属螺旋微纳机器人前驱体的聚合成型包括：
[0018]将上述可飞秒激光聚合的金属光刻胶滴加在石英玻片上，然后将该石英玻片放置在热板上倒置热烘；
[0019]将经过热烘的石英玻片倒置放置在压电台上，激光器出射高斯光场经过空间光调制后，成为均匀环形的贝塞尔光场，该贝塞尔光场经过物镜聚焦后聚焦在石英玻片上的飞秒激光可聚合的光刻胶内部，结合压电平台的三维移动，实现金属螺旋微纳机器人前驱体的聚合成型。
[0020]根据本公开的实施例，上述石英玻片为定制2cm*2cm*170μm石英玻片，可耐1200℃高温；上述热板温度为60℃；上述倒置热烘的时间为20min～40min。
[0021]根据本公开的实施例，上述对所得金属螺旋微纳机器人前驱体进行烧结
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热还原处理包括：
[0022]将上述金属螺旋微纳机器人前驱体结构用异丙醇溶液倒置显影；
[0023]将经过倒置显影后的金属螺旋微纳机器人前驱体结构进行超临界干燥，然后放入管式烧结炉中，密封真空处理后通入保护气体，待恢复到常压后，按照第一预设升温速度使温度达到第一预设温度，在第一预设温度下保持1小时，然后自然降至室温，此过程全程保持保护气体通入；
[0024]通入还原气体，按照第二预设升温速度使温度达到第二预设温度，在第二预设温度下保持1小时，然后将温度降至室温，得到金属螺旋微纳机器人。
[0025]根据本公开的实施例，上述倒置显影的时间为0.5小时；上述将经过倒置显影后的金属螺旋微纳机器人前驱体结构进行超临界干燥，超临界干燥时间为2小时；所用保护气体为氩气，通入保护气体的气流速度为20sccm/min～50sccm/min；所用还原气体为5wt％H2和95wt％N2的混合气体，通入还原气体的气流速度为20sccm/min～50sccm/min。
[0026]根据本公开的实施例，上述按照第一预设升温速度使温度达到第一预设温度，其中第一预设升温速度为1℃/min，第一预设温度为900℃～1100℃；上述按照第二预设升温速度使温度达到第二预设温度，其中第二预设升温速度为2℃/min，第二预设温度为600℃～700℃。
[0027]本公开实施例的另一个方面提供了一种利用上述制备方法制备得到的金属螺旋微纳机器人。
[0028]根据本公开的实施例，本公开合成了可飞秒激光聚合的金属光刻胶，利用飞秒激光全息光场实现了金属螺旋微纳机器人前驱体的高效成型，并对金属螺旋微纳机器人的前驱体结构进行了高温烧结
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热还原处理，获得了高分辨率三维结构金属螺旋微纳机器人，且本公开制得的三维结构金属螺旋微纳机器人可以达到1μm或小于1μm的分辨率。
附图说明
[0029]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属螺旋微纳机器人的制备方法，其特征在于，包括：合成可飞秒激光聚合的金属光刻胶；利用飞秒激光全息光场加工所述可飞秒激光聚合的金属光刻胶，实现金属螺旋微纳机器人前驱体结构的聚合成型；对所述金属螺旋微纳机器人前驱体结构进行烧结
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热还原处理，获得金属螺旋微纳机器人。2.根据权利要求1所述的金属螺旋微纳机器人的制备方法，其特征在于，所述合成可飞秒激光聚合的金属光刻胶包括：将2
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甲氧基乙醇镍与丙烯酸在真空条件下混合，发生配体交换反应，生成具有丙烯酸镍和2
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甲氧基乙醇的溶液；将所述具有丙烯酸镍和2
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甲氧基乙醇的溶液在预设压强下放置，去除60％的2
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甲氧基乙醇，丙烯酸镍溶解在剩余40％的甲氧基乙醇中生成溶液；将放置后得到的溶液与季戊四醇三丙烯酸酯相混合，在振荡器下进行搅拌，其中，所述季戊四醇三丙烯酸酯作为光交联剂提高光聚合前驱体的结构强度；将7
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二乙基氨基
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噻吩甲酰基香豆素作为光引发剂加入到二氯甲烷中充分溶解，然后将得到的液体加入所述在振荡器下搅拌后得到的溶液，在所述振荡器下震荡混合，得到所述可飞秒激光聚合的金属光刻胶。3.根据权利要求2所述的金属螺旋微纳机器人的制备方法，其特征在于，所述2
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甲氧基乙醇镍、所述丙烯酸、所述季戊四醇三丙烯酸酯、所述7
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二乙基氨基
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噻吩甲酰基香豆素与所述二氯甲烷的质量比为12.9∶1∶3∶0.23∶1。4.根据权利要求2所述的金属螺旋微纳机器人的制备方法，其特征在于，所述放置的时间为45min；所述搅拌的时间为1min；所述震荡混合时间为1min；所述预设压强为0.01bar。5.根据权利要求1所述的金属螺旋微纳机器人的制备方法，其特征在于，所述利用飞秒激光全息光场加工所述可飞秒激光聚合的金属光刻胶，实现金属螺旋微纳机器人前驱体的聚合成型包括：将所述可飞秒激光聚合的金属光刻胶滴加在石英玻片上，然后将所述石英玻片放置在热板...

【专利技术属性】
技术研发人员：李家文，蒋谟东，李瑞，刘顺利，陶源，吴东，胡衍雷，褚家如，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：