43、生物医学中的磁性微/纳米推进器技术解析

生物医学中的磁性微/纳米推进器技术解析

1. 微/纳米推进器的往复运动与设计简化

在微纳机器人领域，让机器人以往复运动方式推进具有重要意义。这种推进方式能显著简化机器人设计，使大多数致动器可在多数生物流体中实现游动。尽管依据扇贝定理，这些致动器在牛顿流体（如水）中无法产生推进力，但这一特性或许会催生专门用于生物介质和组织的更简单人造微泳器的新设计。

2. 掠射角沉积（GLAD）法制造微/纳米推进器

微纳尺寸的螺旋形推进器有多种微制造技术，这里着重介绍掠射角沉积（GLAD）技术。该技术优势明显：
- 可制造最小尺寸的推进器，且能实现高产量制造。
- 允许使用多种材料，包括强磁性材料，且这些材料具有生物相容性。

GLAD 是一种物理气相沉积（PVD）方法，其具体过程如下：
- 在高真空条件下，通过热或电子束加热坩埚中的固体源材料，使其熔化并蒸发。
- 由于背景压力低，蒸发物形成定向通量并涂覆在倾斜的基板表面。
- 基板上的入射角原子和分子吸附形成结构，与传统 PVD 的垂直入射不同，GLAD 采用倾斜角沉积（OAD），使蒸发物和基板相互倾斜。
- 倾斜导致通量产生阴影效应，尤其在有种子颗粒时，会生长出柱状结构。倾斜角通常用 α 表示。
- GLAD 技术还可通过绕基板表面法线旋转基板增加自由度，旋转角度用 ϕ 表示。

通过调整 α 和 ϕ 这两个参数，可生长出不同形状的微/纳米结构：
- 当 α 和 ϕ 都为常数时，会形成倾斜的柱状结构。
- 若 ϕ 角度改变 180° 后重复该过程，会在上方生长出反向倾斜的柱状结构，形成 V 形锯齿状结构。