微纳游动机器人是一个迅速发展并且备受关注的机器人研究领域,微纳游动机器人在药物输送、外科手术、生物传感和解毒工具的生物医疗领域有着广阔的应用前景。驱动技术是微纳游动机器人的首要挑战,随着微纳游动机器人尺寸的不断减小,低雷诺数环境和布朗运动将对他们运动产生很大的影响。低雷诺数环境下,粘滞力相对惯性力起主要作用,当驱动力的数量级达到粘滞力数量级,微纳游动机器人才能运动,微纳游动机器人布朗运动的随机性将会改变其运动方向,微纳游动机器人产生无规则运动。因此,为了突破低雷诺数环境的限制和布朗运动的影响,需要制定有效游动策略,设计相应的微纳游动机器人结构。微纳游动机器人能够将环境中的的化学能、电/磁等能量转化为机械能,其中化学自驱动通常使用过氧化氢来进行驱动,过氧化氢的生物相容性较差。针对微纳游动机器人动力及生物兼容性问题,本文提出一种具有高生物兼容性、利用人体体液内的葡萄糖为燃料的微纳游动机器人,面向人体内的长时循环、癌症靶向治疗和人体健康监测应用。创新性的设计Pt-CNT微纳游动机器人结构,利用葡萄糖进行驱动,采用模板电化学法和化学气相沉积方式制造Pt-CNT微纳游动机器人,基于斯托克粘滞力定律和牛顿第二定律推出Pt-CNT自驱动微纳游动机器人运动模型以及实验结果计算驱动力。本文主要研究内容如下:(1)研究化学自电泳驱动机理和葡萄糖(C6H1206)催化分解原理,通过对比葡萄糖燃料电池阴阳极材料的催化特性,选取铂(Pt)和碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)分别作为阳极和阴极,设计一种以葡萄糖为燃料的微纳游动机器人。由于Pt和CNT的浸润性较差,在Pt和CNT之间加入镍金属薄膜。为了制备Pt-CNT微纳游动机器人,采用模板电化学法进行Pt端的沉积、镍(Ni)薄膜沉积以及铁(Fe)纳米颗粒沉积,利用化学气相沉积法进行CNT沉积。创新性的使用电化学沉积法和化学气相沉积联合工艺,制造Pt-CNT异质结构。(2)基于模板电化学沉积原理,采用三电极电化学沉积体系,利用阳极氧化铝(AAO)作为模板,使用磁控溅射方式进行阴极金(Au)膜沉积。采用直流电沉积法进行金属纳米线沉积,利用氯铂酸(H2PtCl6)和硼酸(H3B03)进行铂纳米线沉积,利用硫酸镍(NiSO4)和硼酸(H3B03)进行Ni薄膜沉积,利用七水和硫酸亚铁(FeSO4·7H20)和硼酸(H3B03)进行铁纳米颗粒沉积。使用化学气相沉积方式进行碳纳米管的生长,使用乙烯(C2H4)作为碳源气体,氢气作为还原气体,氩气作为保护气体,沉积温度采用750℃。利用氢氧化钠(NaOH)对模板进行溶解,使用扫描电子显微镜(SEM)进行微纳游动机器人形貌分析,使用透射电子显微镜(TEM)进行表征,使用EDX进行微纳游动机器人的元素含量分析。(3)对葡萄糖溶液中的微纳游动机器人进行静力学分析,液体中存在的布朗运动对微纳游动机器人的运动产生影响,低雷诺数环境对微纳游动机器人产生粘滞力。通过斯托克粘滞力公式和牛顿第二定律推出微纳游动机器人的驱动力,对于微纳游动机器人的追踪、观测以及视频分析,建立以倒置显微镜主体的显微观测系统,采用高速CCD进行观测和实验记录。使用ImageJ进行运动序列分析,在所搭建实验平台基础上,实施了葡萄糖自驱动微纳游动机器人运动学实验,分析视频序列,进行驱动力计算。