[实用新型]纳米马达及其驱动装置和控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种纳米马达，更具体的说是一种纳米马达及其驱动装置和控制装置，属于纳米马达应用领域。

背景技术

2016年诺贝尔化学奖颁给了研究世界最小机器的分子机器，这为研究微纳米尺度的微小机器推向了高潮。微纳米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的微纳米器件。由于这种独特的性质，因此在药物输送、生物传感、微修复等方面有着许多引人瞩目的应用前景。

自从2004年Paxton等人发现微纳米Au-Pt双金属棒以来，研究学者对于微纳米马达已经了解甚多。人们发现微纳米马达个体运动模式多达数十种，到目前为止，人们发现马达能量来源主要来源于两类：一类是以胶体颗粒表面粒子浓度梯度为代表的化学场，另一类是通过施加额外的超声场、热场、磁场等。化学驱动的微纳米马达一般具有比较快的速度，但是由于需要化学试剂和反应，这种微纳米马达在真正的生物医疗等领域面临巨大问题；外源驱动的微纳米马达以磁场驱动微纳米马达为代表，不仅不使用H₂O₂等化学试剂，同时还能够精确地控制马达的运动方向，所以目前微纳米马达较多通过外源磁场刺激马达，实现其自主运动。

磁控微纳米马达到目前为止，根据其运动机理磁控马达可以分为三类：螺旋摆动型、螺旋推进型以及表面作用驱动型。通过比较可以发现，磁控螺旋摆动型和螺旋推进型微纳米马达一般通过电沉积或者微纳米加工等工艺加工完成，但一般工艺比较复杂。为了简化加工复杂性，Tierno等人根据类似的旋转的运动的思想，首次制备出的表面作用驱动型马达，相比较而言马达的制备工艺稍微简化，但其运动速度过慢。

本专利所研究的马达既能简化制备工艺，又能提高马达的运动速度，速度最大可达35μm/s，同时马达还具备翻越一定高度的障碍物的能力。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种纳米马达及其驱动装置和控制装置，不仅可以简化马达的制备工艺，并且可以驱动马达运动，还可以控制马达的运动方向。

为解决上述技术问题，本实用新型一种纳米马达为两个粘结在一起的球体，所述球体的半个球面上蒸镀有粘附层金属和磁性金属，所述粘附层金属位于球体和磁性金属之间，所述球体均是蒸镀有粘附层金属和磁性金属的一面粘结在一起。

所述的粘附层金属10nm厚，所述的磁性金属为15nm厚。

所述的粘附层金属为金属Cr或金属Ti，所述的磁性金属为磁性Ni、磁性 Fe、磁性Co、Fe-Co合金、Fe-Ni合金、Co-Ni合金或者Fe-Co-Ni合金中的一种。

所述的球体为PS球、SiO₂球或PMMA球中的一种，所述纳米马达的直径为500nm～40μm。

一种纳米马达驱动装置，包括含有去离子水的容器、电磁线圈、功率放大器和函数发生器，所述函数发生器的输出端连接着功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接着电磁线圈的输入端，所述电磁线圈的输出端产生振荡磁场并驱动容器内的纳米马达。

所述的容器为毛细管、硅基衬底上的空腔、玻璃衬底上空腔或PDMS衬底上空腔中的一种。

所述的函数发生器为产生方波信号或正弦波信号的函数发生器，所述的功率放大器为低频功率放大器，所述的电磁线圈产生的磁场强度为1～10mT。

一种纳米马达控制装置，包括含有去离子水的容器、电磁线圈、功率放大器、函数发生器和四相自复位开关，所述函数发生器的输出端连接着功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接着四相自复位开关的输入端，所述四相自复位开关的输出端连接着电磁线圈的输入端，所述电磁线圈有四个，所述的四个电磁线圈均匀分布在容器的上、下、左、右四端，所述电磁线圈的输出端产生振荡磁场并驱动容器内的纳米马达。

所述的容器为毛细管、硅基衬底上的空腔、玻璃衬底上空腔或PDMS衬底上空腔中的一种。

所述的函数发生器为产生方波信号或正弦波信号的函数发生器，所述的功率放大器为低频功率放大器，所述的电磁线圈产生的磁场强度为1～10mT。

本实用新型纳米马达及其驱动装置和控制装置的有益效果为：

1.提出了一种新的纳米马达，简化了纳米马达的制备工艺，克服了目前制备纳米马达的复杂的工艺技术或者昂贵的设备要求；

2.研制出一种纳米马达的驱动装置，可以通过振荡磁场驱动纳米马达产生运动，简化了磁场驱动纳米马达的驱动方式，采用单个电磁线圈控制纳米马达的运动；