一种惰性颗粒可控运输的方法及其应用

本发明涉及智能控制，尤其涉及一种惰性颗粒可控运输的方法及其应用。

背景技术：

1、在微尺度下，运输胶体颗粒的技术可以用于体内靶向输送或是微环境中的自组装。目前主要利用光镊、光电镊、磁场等手段来实现粒子运输，其中光镊设备的搭建成本较高，光电镊设备中需要特制的光活性导电基板限制了其应用场景，而磁场只能控制磁性颗粒。因此需要一种低成本，操作简单，能适用于更多场景的粒子运输技术。

技术实现思路

1、针对以上技术问题，本发明公开了一种惰性颗粒可控运输的方法及其应用，利用微纳米机器人的运动性来运输惰性粒子。

2、对此，本发明采用的技术方案为：

3、一种惰性颗粒可控运输的方法，包括如下步骤：

4、在腔体内加入含有h2o2和氯化物的水溶液，随后加入ag颗粒、惰性颗粒，所述惰性颗粒为表面带电的胶体颗粒；然后将该腔体放置在可以投射静态或者动态的二维光斑的结构光装置中；控制所述结构光装置发出明暗相间的365nm的紫外动态光斑，照射在ag颗粒上，基于电动力学效应控制惰性颗粒的移动运输。

5、在没有紫光光斑时，ag在kcl中会被h2o2氧化生成agcl，并产生oh-和ag+，由于oh-扩散比ag+快，会引起从ag表面指向外的电场，附近带负电的sio2球通过电泳向ag球迁移。在uv灯开启时，ag颗粒表面被h2o2氧化生成agcl会发生光解并释放cl-和h+造成，由于h+比cl-扩散更快，此时会产生与吸引时相反的电场，从而使ag颗粒排斥sio2。基于上述相互作用，如果采用明暗相间的动态光斑来扫描ag和sio2颗粒，那么sio2会被ag颗粒裹挟着随动态光斑的扫描方向一起运动。

6、此技术方案利用ag活性颗粒的光敏特性，摆脱了光镊技术实验装置制造难、以及光电镊技术必须要光敏导电基底的限制，为微尺度下的颗粒控制提供了一种低成本、环境适应性更强的新方法。通过调节光强、光斑结构等参数，可以自由调节运输速度和方向。可以实现大量颗粒的运输(团簇)，并且能精准操控团簇的融合和分离。

7、作为本发明的进一步改进，所述的惰性颗粒可控运输的方法，其特征在于：还包括通过控制光斑参数调控运输速率和运输路径。

8、作为本发明的进一步改进，所述光斑参数包括光强、动态光斑的占空比、动态光斑的周期、动态光斑的旋转。

9、作为本发明的进一步改进，所述光斑的运动速度为25～100μm/s。

10、作为本发明的进一步改进，所述水溶液中，所述氯化物为kcl。

11、作为本发明的进一步改进，h2o2的浓度为0.05wt.％-0.5wt.％，kcl的浓度为20μm-800μm。

12、作为本发明的进一步改进，所述惰性颗粒为sio2或ps颗粒。

13、作为本发明的进一步改进，所述ag颗粒的直径不大于3μm。

14、作为本发明的进一步改进，所述惰性颗粒的粒径不大于10μm。尺寸过大，运输过程控制不稳定。

15、本发明还公开了一种惰性颗粒可控运输装置，包括可以投射静态或者动态的二维光斑的结构光装置和位于结构光装置出光方向的腔体，所述腔体内装有h2o2和kcl混合物的水溶液；随后加入ag颗粒、惰性颗粒，所述惰性颗粒为表面带电的胶体颗粒；控制所述结构光装置发出明暗相间的365nm-405nm的紫外动态光斑，照射在ag颗粒上，基于电动力学效应控制惰性颗粒的移动运输。

16、本发明还公开了如上所述的惰性颗粒可控运输的方法的应用，该方法用于操控并富集待检测样本中浓度较低的待测物，进而实现增强检测信号；或该方法用于组装胶体进而获得具有不同光学、力学性质的功能材料。

17、本发明还公开了一种功能材料的制备方法，其采用如上任意一项所述的惰性颗粒可控运输的方法组装胶体，进而获得具有不同性质的功能材料；所述胶体为惰性颗粒。

18、本发明还公开了一种生物检测装置，其采用如上任意一项所述的惰性颗粒可控运输的方法富集待检测样本中浓度较低的待测物，进而实现增强检测信号；所述待测物包含惰性颗粒。进一步地，所述待测物包含带电的待测生物样本，比如细胞、病毒等等。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、第一，采用本发明的技术方案，基于ag颗粒的光敏振荡特性，利用动态光斑实现对惰性颗粒如sio2粒子的定向输运；可以通过改变动态光斑的参数调控运输速率和运输路径。此外，还可以实现对惰性颗粒如sio2团簇的运输、融合和分割。

21、第二，本发明技术方案不需要特别的实验腔体或者基板，只需要加入含有ag、h2o2和含cl-的反应液，结合结构光装置就能实现粒子的运输。装置结构简单，操作方便，成本低廉，可控性好；能够适应多障碍物的复杂环境；可以实现大量粒子的运输；原则上，可以在系统内对任意位置的粒子同时进行多个运输任务。

技术特征：

1.一种惰性颗粒可控运输的方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的惰性颗粒可控运输的方法，其特征在于：还包括通过控制光斑参数调控运输速率和运输路径。

3.根据权利要求2所述的惰性颗粒可控运输的方法，其特征在于：所述光斑参数包括光强、动态光斑的占空比、动态光斑的周期、动态光斑的旋转。

4.根据权利要求1所述的惰性颗粒可控运输的方法，其特征在于：所述水溶液中，所述氯化物为kcl，h2o2的浓度为0.05wt.％-0.5wt.％，kcl的浓度为20μm-800μm。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的惰性颗粒可控运输的方法，其特征在于：所述惰性颗粒为sio2或ps颗粒。

6.根据权利要求5所述的惰性颗粒可控运输的方法，其特征在于：所述ag颗粒的直径不大于3μm；所述惰性颗粒的粒径不大于10μm。

7.一种惰性颗粒可控运输装置，其特征在于：包括可以投射静态或者动态的二维光斑的结构光装置和位于结构光装置出光方向的腔体，所述腔体内装有h2o2和kcl混合物的水溶液；随后加入ag颗粒、惰性颗粒，所述惰性颗粒为表面带电的胶体颗粒；控制所述结构光装置发出明暗相间的365nm-405nm的紫外动态光斑，照射在ag颗粒上，基于电动力学效应控制惰性颗粒的移动运输。

8.如权利要求1～6任意一项所述的惰性颗粒可控运输的方法的应用，其特征在于：用于操控并富集待检测样本中浓度较低的待测物，进而实现增强检测信号；或用于组装胶体进而获得具有不同光学、力学性质的功能材料。

9.一种功能材料的制备方法，其特征在于：其采用如权利要求1～6任意一项所述的惰性颗粒可控运输的方法组装胶体，进而获得具有不同性质的功能材料；所述胶体为惰性颗粒。

10.一种生物检测装置，其特征在于：其采用如权利要求1～6任意一项所述的惰性颗粒可控运输的方法富集待检测样本中浓度较低的待测物，进而实现增强检测信号；所述待测物包含惰性颗粒。

技术总结本发明提供了一种惰性颗粒可控运输的方法及其应用，该方法包括如下步骤：在腔体内加入含有H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;和氯化物的水溶液，随后加入Ag颗粒、惰性颗粒，所述惰性颗粒为表面带电的胶体颗粒；然后将该腔体放置在可以投射静态或者动态的二维光斑的结构光装置中；控制所述结构光装置发出明暗相间的365nm‑405nm的紫外动态光斑，照射在Ag颗粒上，基于电动力学效应控制惰性颗粒的移动运输。采用本发明的技术方案，基于Ag颗粒的光敏振荡特性，利用动态光斑实现对惰性颗粒如SiO<subgt;2</subgt;粒子的定向输运；可以通过改变动态光斑的参数调控运输速率和运输路径。装置结构简单，操作方便，成本低廉，可控性好。技术研发人员：王威,彭奕鑫受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）技术研发日：技术公布日：2024/8/1