20、胶体微机器人群的形成、特性及模式转换研究

胶体微机器人群的形成、特性及模式转换研究

在微观机器人领域，胶体微机器人群的研究具有重要意义。本文将深入探讨胶体微机器人群的形成方式、特性以及模式转换等内容。

1. 胶体微机器人群的形成方式

胶体微机器人群的形成主要通过物理和化学两种方式。

1.1 物理方式 - 表面声波（SSAW）

利用SSAW可使金属纳米线形成特定图案。SSAW引起的振动会在基底上产生不均匀电荷分布，从而产生从正电荷到负电荷的电场。由于介电泳效应，金属纳米线会排列成特定图案，如平行和垂直阵列。

1.2 化学方式 - 化学信号

化学信号是调节群体形成中各主体间相互作用的重要方法。
- 基于DNA的结合 ：DNA功能化的微管能在存在三磷酸腺苷（ATP）的驱动蛋白涂层基底上移动。添加连接DNA后，微管会相互靠近并形成尺寸不断增大的群体。当使用柔性微管时，群体会进行圆周运动，且与混合的刚性微管无串扰，体现了DNA连接的高选择性。
- 电解质浓度梯度 ：电解质的浓度梯度会导致离子交换，在某些情况下，阳离子和阴离子的扩散系数不同，从而产生局部电场，引发颗粒的电泳运动和流体的电渗运动。例如，肼能触发过氧化氢溶液中金微粒的可逆群体行为。金表面催化过氧化氢与肼的反应，产生H⁺、NH₅²⁺和OH⁻，诱导的局部电场对附近的金颗粒产生电泳作用，将它们拉向电解质浓度最高的地方（群体中心），同时电渗效应也会将流体泵向颗粒，最终形成颗粒群。此外，半涂有铂层的金微粒在过氧化氢存在时会动态聚集。

2. 涡旋状群体（VPNS）

为实现胶体群