自驅(qū)動管狀微納米馬達制備及其驅(qū)動機理研究.pdf

1、人造微納米馬達是通過將化學能、光能、熱能等不同能源轉(zhuǎn)化為機械動能從而實現(xiàn)自主運動的微納米尺度裝置。人造微納米馬達的設(shè)計汲取了自然界和生活中的靈感，又將其運用到與人類健康、發(fā)展息息相關(guān)的領(lǐng)域，因此具有很大應(yīng)用科學意義和應(yīng)用前景。但其造價昂貴，生物相容性待提高。本課題主要研究內(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，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。并根據(jù)管狀馬達的特點，實現(xiàn)了多種方式驅(qū)動馬達

2、的運動，構(gòu)建了近紅外光驅(qū)動二氧化硅微米魚雷、超聲驅(qū)動不對稱二氧化硅管狀馬達、大腸桿菌驅(qū)動聚電解質(zhì)馬達三個不同的具備較好生物相容性的人造微納米管狀馬達體系。
　　仿照魚雷的構(gòu)造，首先結(jié)合層層組裝和溶膠凝膠技術(shù)構(gòu)筑仿魚雷形微馬達，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。該微米魚雷近紅外激光照射下尾部的金納米粒子團簇因為光熱效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化熱能，推動二氧化硅魚雷在液體介質(zhì)中維持勻速直線運動

3、，并且在高強度近紅外激光照射下產(chǎn)生爆破。本章成功利用對人體組織穿透性強且無害的近紅外光為驅(qū)動源，并且可控的不對稱金納米粒子沉積實現(xiàn)了微米魚雷的勻速運動以及可控性速度和可控性爆破。
　　為了探索運用超聲驅(qū)動微納米馬達的方式，本論文采用陽極氧化鋁模板和聚碳酸酯模板通過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。超聲在固定頻率下驅(qū)使馬達產(chǎn)生直線運動、弧線運動、旋轉(zhuǎn)運動、聚集運動以及邊旋轉(zhuǎn)邊做直線運動等多種運動模式，這主要取決于馬

4、達的形狀以及馬達所處的周邊環(huán)境。
　　進一步探索簡單有效驅(qū)動方式，摒棄大型復雜外源驅(qū)動力，本論文采用微納米尺度的大腸桿菌作為驅(qū)動源。通過探索培養(yǎng)時間培養(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)馬達共同培養(yǎng)后使大腸桿菌吸附在管壁，探索出細菌驅(qū)動馬達的運動規(guī)律。并通過控制參數(shù)對比不同親疏水性材料、以及大腸桿菌的吸引劑與抑制劑對細菌貼附性能的影響，探究出親水性是作為大腸桿菌貼附在人造馬達上的優(yōu)化條件，并且排斥劑的存在會阻礙