仿生自驅(qū)動(dòng)陰陽二氧化硅納米馬達(dá).pdf

1、人工合成微納米馬達(dá)可進(jìn)行包含轉(zhuǎn)動(dòng)、翻滾、線性運(yùn)動(dòng)等多種形式的自發(fā)性運(yùn)動(dòng)。當(dāng)較多的微納米馬達(dá)出現(xiàn)在同一區(qū)域內(nèi)時(shí)，還會(huì)表現(xiàn)出有規(guī)律性的聚集行為。人工合成微納米馬達(dá)通常是由微納米粒子所構(gòu)成的，其經(jīng)過特定的生化修飾與功能化后可實(shí)現(xiàn)各種潛在的應(yīng)用。目前，在微納米馬達(dá)研究中，從其粒徑分布上看，主要集中在微米級(jí)別和亞微米級(jí)的水平上，而對(duì)于粒徑在100 nm以下的納米馬達(dá)的相關(guān)研究比較少。這主要是受制備技術(shù)和觀察手段的制約。本論文主要圍繞粒徑在100

2、nm以下的自驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)的制備、觀察、驅(qū)動(dòng)機(jī)理、功能化和潛在應(yīng)用等方面展開研究。
　　通過金屬物理氣相沉積法制備了直徑約為75 nm的氣泡驅(qū)動(dòng)陰陽型鉑功能化的介孔二氧化硅納米馬達(dá)。納米馬達(dá)置于含有過氧化氫的水溶液中時(shí)，將通過自身的金屬鉑層催化分解過氧化氫產(chǎn)生氧氣，以氧氣泡作為反沖的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)。借助超高分辨熒光顯微技術(shù)，在寬場(chǎng)模式下實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的記錄與分析，研究發(fā)現(xiàn)過氧化氫的體積濃度和微環(huán)境溫度的升高均有助于提

3、高納米馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度，最大運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)20.2μm/s。通過運(yùn)用流體力學(xué)中的擴(kuò)散系數(shù)概念研究了納米馬達(dá)進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)和自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的情況，結(jié)果表明納米馬達(dá)在氣泡驅(qū)動(dòng)時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)顯著大于布朗運(yùn)動(dòng)的數(shù)值，納米馬達(dá)可以克服布朗運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效的自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。此外，自驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)有助于增加細(xì)胞對(duì)外源運(yùn)輸載體的拾取量，而經(jīng)過磷脂膜修飾的納米馬達(dá)可用于體外抗腫瘤藥物的封裝、運(yùn)輸與釋放。
　　氣泡驅(qū)動(dòng)的陰陽型納米馬達(dá)與大多數(shù)微納米馬達(dá)類似，需要依賴化學(xué)燃

4、料進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。為了避免使用具有生物毒性的化學(xué)驅(qū)動(dòng)燃料，制備出了可在近紅外光照射下進(jìn)行自熱泳運(yùn)動(dòng)的陰陽型金功能化的介孔二氧化硅納米馬達(dá)，該納米馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)無需任何化學(xué)燃料的參與。在不同功率密度的近紅外光照射下，實(shí)現(xiàn)了納米馬達(dá)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的啟停以及運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)控，最大速度可達(dá)41μm/s。通過計(jì)算納米馬達(dá)的光驅(qū)動(dòng)活性和均方根位移研究了納米馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)機(jī)制，結(jié)果表明近紅外光驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)可有效地克服布朗運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行自驅(qū)動(dòng)。此外，光驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)對(duì)于近紅外光的

5、接收和熱轉(zhuǎn)換有一個(gè)閾值，即當(dāng)近紅外光的功率密度達(dá)到60.36 W/cm2時(shí)，進(jìn)一步增加近紅外光的功率密度不再有助于納米馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度的提高。
　　為了增強(qiáng)光驅(qū)動(dòng)陰陽介孔二氧化硅納米馬達(dá)的生物相容性，并構(gòu)建具有仿生功能的光驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)，首先開展了巨噬細(xì)胞膜偽裝納米粒子的制備與性質(zhì)研究。將一種免疫細(xì)胞—巨噬細(xì)胞的外膜通過低滲裂解和超速梯度離心的方法進(jìn)行了分離和純化，隨后通過機(jī)械擠出法將巨噬細(xì)胞膜在介孔二氧化硅納米粒子的表面進(jìn)行重構(gòu)，獲得

6、了巨噬細(xì)胞膜偽裝的介孔二氧化硅納米粒子，有效地降低了被機(jī)體免疫系統(tǒng)清除的幾率，實(shí)現(xiàn)了在生物體內(nèi)的長時(shí)間循環(huán)。納米粒子借助巨噬細(xì)胞膜上的特異性識(shí)別單元（蛋白質(zhì)、多糖、脂類等）有效地提高了在生物體內(nèi)病變部位的富集量，增強(qiáng)了藥物靶向運(yùn)輸?shù)男省?br>　　在細(xì)胞膜分離重構(gòu)技術(shù)和光驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出巨噬細(xì)胞膜偽裝的光驅(qū)動(dòng)陰陽介孔二氧化硅納米馬達(dá)。巨噬細(xì)胞膜不僅能起到偽裝作用，還兼?zhèn)淞松锓牢酆涂刮焦δ?，?jīng)過細(xì)胞膜偽裝的納米馬達(dá)可