磁性微型机

中国的研究人员在激光的协助下用聚合铁磁流体制造微小弹簧和涡轮,这些装置可以用于制造微米或纳米机器。

微米或纳米机器,听起来像是科幻小说中的章节,也许很快就会变成现实。这种机器在传感器和体内治疗中已有大量应用。目前的微型机主要由无机组分制成。由于使用聚合物材料可以得到更易调控的分辨率和尺寸,最近科学家已经开始倾向于使用聚合物作为制造材料。但是要驱动这些微小机器组件绝非易事,尤其是许多应用需要对机器进行遥控,这使得驱动这些装置变得更加棘手。

来自中国的吉林大学孙洪波教授及其团队认为他们已经解决了这个问题:他们选择磁性材料作为机器的部件,依靠外部磁场来驱动,从而使微型机可延伸、摆动或转向。该团队在载体液中制造了均一分散的磁性纳米颗粒,即铁磁流体,然后使用双光子光聚合技术(two-photon photopolymerization,TPP)聚合整个系统。因为该技术采用了激光,所以可以精确地控制最终的聚合物形态,如制造弹簧或涡轮。

这种方式制造的弹簧可在外加磁场下会伸长。如果取消磁场,弹簧又可以恢复到原来的形状和位置。随着磁场位置的移动,弹簧也会相应地移动。用这种方法制造的涡轮,在磁场的作用下,可以达到6转/秒的转速。

美国约翰霍普金森大学(Johns Hopkins University)的David Gracias教授是微米/纳米机器领域的专家,他称这种方法具有”开创性的意义”。他特别指出,因为使用交联基团可以制造出各种不同的纳米颗粒,所以这种方法很完美。他说:“在这种尺度制造三维的运动组件的仍属技术空白,因此任何这方面的实例都是令人兴奋的。”

研究人员相信他们的研究带来了纳米技术的突破,同时希望他们的这些微小的组件可被用于生产真正的微型机器,供人们使用。

H. Xia et al., Adv. Mater. 2010, DOI: 10.1002/adma.201000542.

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