微納馬達(dá)是基于活性顆粒發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，推動(dòng)了生物醫(yī)學(xué)診療/給藥、微納機(jī)器人等領(lǐng)域的發(fā)展。微納馬達(dá)從溶液環(huán)境或磁、光、聲、熱、電等外場(chǎng)獲取能力以實(shí)現(xiàn)自發(fā)運(yùn)動(dòng)，解決了微納機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題；而提升微納馬達(dá)功能，實(shí)現(xiàn)可靠便捷的操控，是對(duì)接應(yīng)用需求、向微納機(jī)器人發(fā)展所必須解決的問(wèn)題。

近日，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微納米流體力學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)展了具有特色的磁導(dǎo)航氣泡微機(jī)器人，并基于此實(shí)現(xiàn)了對(duì)胚胎等生物微顆粒亞納克精度的質(zhì)量/密度測(cè)量。相關(guān)研究成果以Sub-nanogram Resolution Measurement of Inertial Mass and Density Using Magnetic-field-guided Bubble Microthruster為題發(fā)表在Advanced Science上，并被選為封面文章。

該研究搭建了亥姆霍茲線圈三維磁場(chǎng)操控系統(tǒng)，集成了手柄操控功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁導(dǎo)航氣泡微機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制以及對(duì)周?chē)㈩w粒的抓取、推進(jìn)、駐留等操控功能。不同于以往研究?jī)H將微氣泡視為能量來(lái)源，這一技術(shù)利用氣泡生長(zhǎng)/融合過(guò)程引起的流體力學(xué)作用，尤其是氣泡引起的瞬時(shí)射流提供了微納尺度稀有的慣性效應(yīng)。微氣泡融合過(guò)程產(chǎn)生瞬時(shí)射流速度可達(dá)1 m/s量級(jí)，成為對(duì)目標(biāo)顆粒實(shí)現(xiàn)微推進(jìn)或施加瞬時(shí)慣性沖擊的氣泡推進(jìn)器?？蒲腥藛T通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了目標(biāo)顆粒慣性響應(yīng)的三階段特性以及適合產(chǎn)生針對(duì)目標(biāo)顆粒射流推進(jìn)的工作區(qū)間。目標(biāo)顆粒對(duì)慣性射流沖擊的響應(yīng)，尤其是對(duì)第二階段瞬時(shí)射流沖擊以及第三階段速度衰減的實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合，可以確定顆粒的弛豫時(shí)間τ_p = 2R_p²ρ_p/9μ，并由此測(cè)量顆粒質(zhì)量或密度。研究采用不同密度、質(zhì)量的微顆粒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證。結(jié)果顯示，該技術(shù)的測(cè)量精度約為0.1 ng。這一技術(shù)具備檢測(cè)細(xì)胞質(zhì)量/密度的能力，填補(bǔ)了對(duì)胚胎/細(xì)胞的質(zhì)量/密度實(shí)時(shí)、便捷測(cè)量的技術(shù)空白。該技術(shù)具備快捷、易操控、成本低等優(yōu)勢(shì)。此外，針對(duì)基于密度變化監(jiān)控胚胎發(fā)育過(guò)程的需求，該技術(shù)被用于測(cè)量E3.75-E4.0時(shí)期小鼠胚胎的密度。

該工作由力學(xué)所、西安建筑科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)合作完成。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類(lèi)）的支持。

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科學(xué)家提出基于氣泡微馬達(dá)實(shí)現(xiàn)亞納克精度胚胎實(shí)時(shí)測(cè)量的新技術(shù)