自驅(qū)動(dòng)管狀微納米馬達(dá)制備及其驅(qū)動(dòng)機(jī)理研究.pdf

1、人造微納米馬達(dá)是通過(guò)將化學(xué)能、光能、熱能等不同能源轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能從而實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)的微納米尺度裝置。人造微納米馬達(dá)的設(shè)計(jì)汲取了自然界和生活中的靈感，又將其運(yùn)用到與人類(lèi)健康、發(fā)展息息相關(guān)的領(lǐng)域，因此具有很大應(yīng)用科學(xué)意義和應(yīng)用前景。但其造價(jià)昂貴，生物相容性待提高。本課題主要研究?jī)?nèi)外表面均具備可以被功能化修飾的管狀結(jié)構(gòu)人造微納米馬達(dá)，采用層層組裝技術(shù)和表面溶膠凝膠法制備了多種形狀尺寸的管狀微納米馬達(dá)。并根據(jù)管狀馬達(dá)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了多種方式驅(qū)動(dòng)馬達(dá)

2、的運(yùn)動(dòng)，構(gòu)建了近紅外光驅(qū)動(dòng)二氧化硅微米魚(yú)雷、超聲驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱(chēng)二氧化硅管狀馬達(dá)、大腸桿菌驅(qū)動(dòng)聚電解質(zhì)馬達(dá)三個(gè)不同的具備較好生物相容性的人造微納米管狀馬達(dá)體系。
　　仿照魚(yú)雷的構(gòu)造，首先結(jié)合層層組裝和溶膠凝膠技術(shù)構(gòu)筑仿魚(yú)雷形微馬達(dá)，結(jié)合層層組裝技術(shù)和表面溶膠凝膠法合成錐形二氧化硅管，并在大尺寸管口端沉積水溶性金納米粒子。該微米魚(yú)雷近紅外激光照射下尾部的金納米粒子團(tuán)簇因?yàn)楣鉄嵝?yīng)將光能轉(zhuǎn)化熱能，推動(dòng)二氧化硅魚(yú)雷在液體介質(zhì)中維持勻速直線運(yùn)動(dòng)

3、，并且在高強(qiáng)度近紅外激光照射下產(chǎn)生爆破。本章成功利用對(duì)人體組織穿透性強(qiáng)且無(wú)害的近紅外光為驅(qū)動(dòng)源，并且可控的不對(duì)稱(chēng)金納米粒子沉積實(shí)現(xiàn)了微米魚(yú)雷的勻速運(yùn)動(dòng)以及可控性速度和可控性爆破。
　　為了探索運(yùn)用超聲驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)的方式，本論文采用陽(yáng)極氧化鋁模板和聚碳酸酯模板通過(guò)溶膠凝膠法分別合成二氧化硅納米試管和啞鈴型管狀馬達(dá)。超聲在固定頻率下驅(qū)使馬達(dá)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)、弧線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、聚集運(yùn)動(dòng)以及邊旋轉(zhuǎn)邊做直線運(yùn)動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)模式，這主要取決于馬

4、達(dá)的形狀以及馬達(dá)所處的周邊環(huán)境。
　　進(jìn)一步探索簡(jiǎn)單有效驅(qū)動(dòng)方式，摒棄大型復(fù)雜外源驅(qū)動(dòng)力，本論文采用微納米尺度的大腸桿菌作為驅(qū)動(dòng)源。通過(guò)探索培養(yǎng)時(shí)間培養(yǎng)出高活性大腸桿菌，與便于修飾內(nèi)外表面的中空管狀聚電解質(zhì)馬達(dá)共同培養(yǎng)后使大腸桿菌吸附在管壁，探索出細(xì)菌驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。并通過(guò)控制參數(shù)對(duì)比不同親疏水性材料、以及大腸桿菌的吸引劑與抑制劑對(duì)細(xì)菌貼附性能的影響，探究出親水性是作為大腸桿菌貼附在人造馬達(dá)上的優(yōu)化條件，并且排斥劑的存在會(huì)阻礙