本发明属于功能复合材料，涉及一种磁响应生物基软体驱动器及其制备方法和应用。
背景技术：
1、在自然界中，生物体通过一系列的刺激响应行为来适应其捕食或运动需求，例如含羞草、捕蝇草和向日葵的形态变化，以及变色龙会根据周围环境而改变自身肤色及图案。通过模仿自然生物体产生的响应性，新型智能材料的体积、结构和性质会随着外部刺激(如光、湿度、电场和磁场)的变化而发生变化。这类刺激响应性材料已被用于生物医学工程、传感器、软体驱动器等领域。这些由刺激响应软材料构建的软体驱动器，因其具有出色的适应性和可配置性而受到高度关注。此外，这些软体驱动器能够在复杂环境中执行多样化任务，显示出巨大的应用潜力。然而，聚合物基软体驱动器在制造过程中有许多难题亟待攻克，比如驱动性能弱、成本高、重量大及潜在环境影响等。
2、纤维素纳米纤维具有显著的湿敏、机械耐久性、稳定的可逆性和高化学亲和力等优势，在开发能够感应光、电流、磁场和湿度变化的智能传感器方面表现出巨大潜力。因此，各种基于纤维素的软体驱动器被开发出来。然而，这些软体驱动器面临诸多挑战，包括响应速度缓慢、控制精度有限以及对环境条件的高度敏感性，限制了其在实际场景中的应用。相较于纤维素纳米纤维，纤维素纳米晶(cnc)同样具有高机械强度、生物相容性、环境友好和化学可修饰等特性，为制备性能更优越的软体驱动器提供了可能。然而，目前利用cnc构建软体驱动器的研究报道相对较少，如何克服现有技术的局限性，利用cnc的独特性质设计出响应速度更快、控制更精确且对环境适应性更强的软体驱动器系统成为一个待开发的研究领域。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明目的之一在于提供一种磁响应生物基软体驱动器的制备方法，利用硬磁材料与纤维素纳米晶共组装得到结构致密的磁性生物基发光材料，通过强磁场的磁化处理影响材料内部的磁矩方向，以此为基础通过磁化编程设计制造出对磁场敏感的软体驱动器，该软体驱动器能够在外加磁场条件下实现从2d结构到3d结构的转变；本发明目的之二在于提供基于该磁响应生物基软体驱动器制备方法制备的磁响应生物基棒状颗粒软体驱动器产品；本发明目的之三在于提供该磁响应生物基棒状颗粒软体驱动器产品在货物运输、远程操作等多功能软体驱动器领域的应用。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种磁响应生物基软体驱动器的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、制备棒状纤维素纳米晶：对不同纤维素源的生物质进行硫酸酸处理得到一维棒状高长径比、高比表面积且光致发光性能出色的纤维素纳米晶(cnc)悬浮液；
5、s2、制备磁响应生物基发光材料：将步骤s1制备的cnc悬浮液与硬磁纳米颗粒材料、柔性高分子及增塑剂混合，超声处理后进行蒸发诱导自组装得到薄膜材料；通过将上述混合悬浮液置于磁场强度范围为0～50mt的匀强磁场、组装温度为室温，组装时间约为2～3天的磁场条件下，进行诱导纳米颗粒取向组装得到光致发光性能增强的磁响应生物基发光材料；
6、s3、制备磁响应生物基软体驱动器：将步骤s2制备的磁响应生物基发光材料裁剪成十字形状，将该材料折叠成三维盒状结构并固定其形状，然后把得到的三维盒置于磁场中，在磁场强度范围为0～70mt的匀强磁场、组装温度为室温，组装时间约为2～3天的磁场条件下进行磁化处理；完成磁化处理后，展开三维盒便可得到磁响应生物基软体驱动器。
7、进一步，步骤s1中不同纤维素源的生物质来源为棉短绒、针叶木、竹纤维、玉米芯或甘蔗渣类中一种或几种混合物。
8、进一步，步骤s1中不同纤维素源的生物质具有高热稳定性，因此采用硫酸水解方法制备纤维素纳米晶，其中硫酸水解方法中硫酸浓度为64～65％，处理温度为45～60℃，处理时间为60～240min，再经离心洗涤及透析处理，得到长度为50～500nm的纤维素纳米晶，经过浓缩或稀释处理后将纤维素纳米晶的浓度控制在1.5wt％。
9、进一步，步骤s2中硬磁纳米颗粒材料为钡铁氧体、锶铁氧体中一种，柔性高分子为聚乙烯醇、聚酯、聚醚、海藻酸钠中一种，增塑剂为蓖麻油、低分子量聚乙二醇、硅油和甘油中一种。
10、进一步，步骤s3中裁剪的磁响应生物基柔性复合材料长度和宽度相同，磁化处理时磁场方向垂直于步骤s3中折叠三维盒的底面。
11、根据上述该磁响应生物基软体驱动器制备方法制备的磁响应生物基棒状颗粒软体驱动器产品。
12、上述磁响应生物基棒状颗粒软体驱动器产品在刺激响应型驱动器、远程无线控制电子设备和智能传感设备中的应用。
13、本发明的有益效果在于：
14、1、本发明所公开的磁响应生物基软体驱动器的制备方法，将具有纤维素来源的生物质进行酸处理得到一维棒状高长径比、高比表面积且光致发光性能出色的纤维素纳米晶(cnc)，系统研究了硬磁材料与cnc悬浮液和柔性高分子共组装体系，采取磁场诱导混合悬浮液中cnc取向有序排列的策略，实现薄膜材料光致发光性能的提升，其发光强度最高可提高157.21％。通过强磁场的磁化处理影响材料内部的磁矩方向，以此为基础通过磁化编程设计制造出对磁场敏感的软体驱动器，磁响应生物基软体驱动器中不同区域的磁矩方向分布不同。基于此原理，可以实现软体驱动器在外加磁场条件下从2d结构到3d结构的转变，完成抓取和释放操作。此外，软体驱动器在磁响应过程中的发光强度会有所不同，这个是因为棉短绒cnc是光致发光材料，在形态变化过程中，薄膜的面积不同，离荧光光谱仪的距离不同，所以导致光致发光强度变化，展示了磁性cnc材料在多功能软体驱动器领域方面的应用潜力。
15、2、本发明所公开的磁响应生物基软体驱动器的制备方法，是一种基于折纸和磁化处理制备不同类型软体驱动器的方法，折纸后磁化，每个折纸区域的磁矩会有所不同，之后在磁场作用下，受到磁场作用力方向不同，因此实现了软体驱动器二维到三维结构的变化，展现了该磁响应生物基软体驱动器在微环境中进行货物运输、远程无线操控等多方面的应用潜力，拓展了环境友好型cnc基材料的精确可控性和可操作性，为其在刺激响应型驱动器、无线控制电子设备和智能传感设备中的应用开辟了道路。该生物基软驱动器的制备过程采用常规已量产的棉等来源cnc，避免使用高长径比cnc等特殊要求，同时简化了制备磁响应材料的步骤，通过磁化过程促进薄膜内部磁矩有序定向从而实现磁场对材料形态的可控性，此外该驱动器集成了光学感知功能，在货物运输、远程操作等多功能软体驱动器领域具有广泛的应用潜力。
16、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
1.一种磁响应生物基软体驱动器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述磁响应生物基软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤s1中不同纤维素源的生物质来源为棉短绒、针叶木、竹纤维、玉米芯或甘蔗渣类中一种或几种混合物。
3.如权利要求2所述磁响应生物基软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤s1中不同纤维素源的生物质具有高热稳定性，因此采用硫酸水解方法制备纤维素纳米晶，其中硫酸水解方法中硫酸浓度为64～65％，处理温度为45～60℃，处理时间为60～240min，再经离心洗涤及透析处理，得到长度为50～500nm的纤维素纳米晶，经过浓缩或稀释处理后将纤维素纳米晶的浓度控制在1.5wt％。
4.如权利要求3所述磁响应生物基软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤s2中硬磁纳米颗粒材料为钡铁氧体、锶铁氧体中一种，柔性高分子为聚乙烯醇、聚酯、聚醚、海藻酸钠中一种，增塑剂为蓖麻油、低分子量聚乙二醇、硅油和甘油中一种。
5.如权利要求4所述磁响应生物基软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤s3中裁剪的磁响应生物基柔性复合材料长度和宽度相同，磁化处理时磁场方向垂直于步骤s3中折叠三维盒的底面。
6.采用如权利要求1～5任一项所述磁响应生物基软体驱动器制备方法制备的磁响应生物基棒状颗粒软体驱动器产品。
7.如权利要求6所述磁响应生物基棒状颗粒软体驱动器产品在刺激响应型驱动器、远程无线控制电子设备和智能传感设备中的应用。
