多自由度自组装纳米机器人及其制作控制方法
专利汇可以提供多自由度自组装纳米机器人及其制作控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及多 自由度 自组装纳米 机器人 及其制作控制方法，该纳米机器人由微纳米颗粒和四条脱 氧 核糖核酸链通过金-巯键或链霉亲和素和 生物 素强相互作用，自组装而成形成四足纳米机器人。通过在 硅 基材料上正方形的四个 顶点 分别沉积圆形金 电极 ，同时在圆形金电极上加工四个纳米孔；该尺寸的纳米孔使得在外加 电场 的作用下每个纳米孔将仅能捕获一条脱氧核糖核酸链。由于纳米金电极与外接 电压 源相连，通过调控各个纳米孔上电压的方向和大小，可以调控纳米孔上电荷 密度 的电性和强度，从而控制通过纳米孔的 电渗 流方向和强度，并与脱氧核糖核酸链所受的电场 力 形成联合或竞争驱动，从而控制纳米机器人的运动速度和方向。，下面是多自由度自组装纳米机器人及其制作控制方法专利的具体信息内容。
1.多自由度自组装纳米机器人，其特征在于：包括纳米机器人和纳米机器人行走基底；
所述纳米机器人行走基底由硅基底（1）、四个纳米孔（2）和四个纳米金电极（5）组成，四个所述纳米金电极（5）分别与四个独立的电压源（6、7、8、9）相连；所述纳米机器人由微纳米颗粒（3）和四条脱氧核糖核酸链（4）组成；通过调控纳米孔（2）上独立电压的方向和强度控制纳米机器人的运动速度和方向，实现纳米机器人的多自由度运动。
2.如权利要求1所述的多自由度自组装纳米机器人，其特征在于：所述的纳米机器人的核心为微纳米颗粒（3），四肢为脱氧核糖核酸链（4），四条脱氧核糖核酸链（4）的末端修饰有巯基或生物素，而微纳米颗粒（3）的表面包裹有金薄膜或链霉亲和素，通过金-巯键或链霉亲和素和生物素的强相互作用将脱氧核糖核酸链（4）绑定在微纳米颗粒（3）上面。
3.如权利要求1所述的多自由度自组装纳米机器人，其特征在于：所述纳米机器人的四肢长度可通过对脱氧核糖核酸链（4）的合成长度进行调节。
4.如权利要求1所述的多自由度自组装纳米机器人，其特征在于：采用电渗流驱动和电泳驱动联合驱动的方式实现对纳米机器人的操控。
5.多自由度自组装纳米机器人的制作控制方法，其特征在于：包括纳米机器人的制备和纳米机器人行走基底的制备；
其中所述纳米机器人的制备包括以下步骤：
步骤1：首先对纳米机器人进行合成自组装，方法如下：
采用磁控溅射在微纳米颗粒表面镀上一层金薄膜，并将制备的微纳米颗粒于乙醇溶剂中稀释至10 μM；
采用PCR扩增技术合成末端含有巯基“-SH”官能团的脱氧核糖核酸链，然后稀释制所需的浓度10 μM；
将步骤a中镀有金薄膜的微纳米颗粒与步骤b中所配制的脱氧核糖核酸溶液混合，静置
18小时；
然后在步骤c的溶液中加入5 ml的0.1%-0.2%的十二烷基硫酸钠（SDS）和0.1 M的磷酸钠；PH=7.4，并在室温条件下静置7天；
在上述溶液中加入适量的1 M氯化钠6-8次，每次加入之间的时间间隔约为4小时;
步骤2：然后从步骤1中含有自组装好的纳米机器人溶液中取出微量溶液，通过原子力显微镜AFM进行表征，如果在微纳米颗粒上绑定的脱氧核糖核酸链少于4条则不选择该纳米机器人；如果在微纳米颗粒上绑定的脱氧核糖核酸链等于4条，则可以直接用AFM探针将脱氧核糖核酸链取出备用；如果在微纳米颗粒上绑定的脱氧核糖核酸链多于4条，可以采用AFM探针对多余的脱氧核糖核酸链切除后再提取备用；
其中纳米机器人行走基底的制备；包括以下步骤：
A、采用微纳米加工工艺加工硅基薄膜；首先通过涂胶、曝光、显影等操作，通过刻蚀技术完成硅基底的加工，厚度在10nm以上；
B、在硅基薄膜上选择一个正方形区域，正方形的长度取值可根据纳米机器人四肢长度进行调整，可调整范围为纳米机器人的核心在该矩形范围内运动的时候脱氧核糖核酸链均不会移出纳米孔;
然后在正方形的四个顶点沉积四个纳米金属电极，然后将纳米金属电极与外接电压源相连；
C、分别在四个纳米金属电极的中心加工纳米孔；
D、最后在含有纳米金属电极和纳米孔的硅基薄膜上镀上二氧化硅保护层防止纳米金电极的氧化；
完成上述步骤后，将硅基芯片放置于两个液池中间，保证两个液池内的溶液仅能通过该硅基芯片上的纳米孔进行流通，然后在硅基芯片的一侧放入上述制备而得的纳米机器人，通过在硅基芯片的两端加入外加电压，纳米机器人上的四条脱氧核糖核酸链将会受到电场力的作用从而被纳米孔捕获，由于纳米孔的直径只允许一条脱氧核糖核酸链进入，因此四条脱氧核糖核酸链最终会分别进入硅基薄膜正方形四个顶点的纳米孔内。
6.如权利要求5所述的多自由度自组装纳米机器人的制作控制方法，其特征在于：其中所述在步骤C中采用聚焦离子束（FIB）或透射电子显微镜（TEM）在纳米金电极中心加工纳米孔；纳米孔的直径仅加工成只允许单条脱氧核糖核酸链穿过，而不可容纳两条及以上的脱氧核糖核酸链；当独立电压源不开启时在电场力的驱动下，可以使得四条脱氧核糖核酸链分别电泳穿进四个纳米孔内。
7.如权利要求5所述的多自由度自组装纳米机器人的制作控制方法，其特征在于：所述步骤D中采用磁控溅射或者原子层沉积设备在硅基芯片上镀上一层2-3nm厚的二氧化硅薄膜用于防止金电极氧化和芯片绝缘，同时将纳米孔的直径降低至2-3nm。
多自由度自组装纳米机器人及其制作控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
步骤1：首先对纳米机器人进行合成自组装，方法如下：
a、采用磁控溅射在微纳米颗粒表面镀上一层金薄膜，并将制备的微纳米颗粒于乙醇溶剂中稀释至10 μM；
b、采用PCR扩增技术合成末端含有巯基“-SH”官能团的脱氧核糖核酸链，然后稀释制所需的浓度10 μM；
c、 将步骤a中镀有金薄膜的微纳米颗粒与步骤b中所配制的脱氧核糖核酸溶液混合，静置18小时；
d、然后在步骤c的溶液中加入5ml的0.1%-0.2%的十二烷基硫酸钠（SDS）和0.1 M的磷酸钠；PH=7.4，并在室温条件下静置7天；
e、 在上述溶液中加入适量的1 M氯化钠6-8次，每次加入之间的时间间隔约为4小时。
A、采用微纳米加工工艺加工硅基薄膜；首先通过涂胶、曝光、显影等操作，通过刻蚀技术完成硅基底的加工，厚度在10nm以上；
B、在硅基薄膜上选择一个正方形区域，正方形的长度取值可根据纳米机器人四肢长度进行调整，可调整范围为纳米机器人的核心在该矩形范围内运动的时候脱氧核糖核酸链均不会移出纳米孔。然后在正方形的四个顶点沉积四个纳米金属电极，然后将纳米金属电极与外接电压源相连；
C、分别在四个纳米金属电极的中心加工纳米孔；
D、最后在含有纳米金属电极和纳米孔的硅基薄膜上镀上二氧化硅保护层防止纳米金电极的氧化；
完成上述步骤后，将硅基芯片放置于两个液池中间，保证两个液池内的溶液仅能通过该硅基芯片上的纳米孔进行流通，然后在硅基芯片的一侧放入上述制备而得的纳米机器人，通过在硅基芯片的两端加入外加电压，纳米机器人上的四条脱氧核糖核酸链将会受到电场力的作用从而被纳米孔捕获，由于纳米孔的直径只允许一条脱氧核糖核酸链进入，因此四条脱氧核糖核酸链最终会分别进入硅基薄膜正方形四个顶点的纳米孔内。
1、该纳米机器人具有大范围可调量程。通过合成末端巯基化（或生物素化）不同长度的脱氧核糖核酸链，同时设计对于硅基底上正方形的边长，即可控制纳米机器人核心运动的有效范围（10 nm 15 μm）。
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具体实施方式
步骤1：
a、采用磁控溅射在微纳米颗粒表面镀上一层金薄膜，并将制备的微纳米颗粒于乙醇溶剂中稀释至10 μM；
b、采用PCR扩增技术合成末端含有巯基“-SH”官能团的脱氧核糖核酸链，然后稀释制所需的浓度10 μM；
c、 将步骤a中镀有金薄膜的微纳米颗粒与步骤b中所配制的脱氧核糖核酸溶液混合，静置18小时；
d、然后在步骤c的溶液中加入5 ml的0.1%-0.2%的十二烷基硫酸钠（SDS）和0.1 M的磷酸钠；PH=7.4，并在室温条件下静置7天；
e、 在上述溶液中加入适量的1 M氯化钠6-8次，每次加入之间的时间间隔约为4小时。
A：首先通过涂胶、曝光、显影等操作，通过刻蚀技术完成硅基底的加工，厚度在10nm以上；
B：在硅基底上选择一个正方形区域，其边长根据步骤1中合成末端巯基化脱氧核糖核酸链的长度作为参考选择，然后在正方形的顶点加工厚度为2nm、直径为50nm的圆形金电极，并制作引线用于与外接电压源相连；
C：采用聚焦离子束（FIB）或透射电子显微镜（TEM）在纳米金电极中心加工一个5nm的纳米孔；
D：采用磁控溅射或者原子层沉积设备在硅基芯片上镀上一层2-3nm厚的二氧化硅薄膜用于防止金电极氧化和芯片绝缘，同时将纳米孔的直径降低至2-3nm厚。
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