電磁控制的幾種納米顆粒的組裝研究.pdf

1、自組裝是自然界乃至人類社會都普遍存在的一種現(xiàn)象。隨著納米科學技術的興起,科學家們開始致力于以納米顆粒為基本單元,利用各種方法將納米顆粒組裝為有序結構,一直以來,這都是納米科學技術研究的基本范疇和熱點所在。本文提出了一種利用電磁場技術輔助組裝納米材料的新設想,具有可控、簡單方便、適宜大規(guī)模運用的優(yōu)點。 具體說來,本論文開展了如下工作： 一、設計了一種新的電極配置方式,產生交變電場以組裝一種啞鈴形的異質納米結構材料。新的電極

2、設計采用探針和銅網構成電極,讓納米粒子直接在銅網上組裝,組裝完成即可用透射電子顯微鏡觀察。因為顆粒不再是簡單的球形顆粒,所以出現(xiàn)了新的組裝形態(tài)。隨著頻率的改變,異質顆粒還會出現(xiàn)不同材料部分相分離的情況。我們用雙電泳理論解釋了觀察到的實驗現(xiàn)象。 二、將時間可變性引入到磁場誘導的磁性納米材料組裝中,利用高頻大功率的交變磁場組裝APTS表面修飾的四氧化三鐵納米粒子。我們在垂直于基片的方向施加外場,與靜磁場效果不同的是交變磁場在垂直方向

3、也能夠誘導納米顆粒形成一維結構,不過這種一維結構是纖維狀的。進一步的,我們發(fā)現(xiàn)這種組裝只對靜電穩(wěn)定的納米顆粒有效,對于位阻穩(wěn)定的納米顆粒沒有效果。具有不同ζ電位的膠體顆粒組裝結果標明,這種纖維狀的組裝于顆粒的表面電荷有一定關系。由此我們推斷了一個可能的機理,這種組裝需要經過兩個階段,一是雙電層被破壞形成小團簇；二是偶極矩間的相互吸引作用形成一維結構。 三、進一步地,我們將交變磁場誘導的組裝擴展到膠體金這種非磁性的納米顆粒上去。在

4、交變磁場作用下,金納米顆粒不是在基片上形成三維聚集狀的結構,而是形成了分散的顆粒單層,并且隨著場強的增加,分散性得到增強。但是在場強過大的情況下,膠體金顆粒又會發(fā)生聚集。電鏡觀察的結果也得到紫外光譜的證實。我們用電致濕潤現(xiàn)象引起的顆粒間毛細力的變化解釋了這個現(xiàn)象。交變磁場感應產生的電場在其中發(fā)揮了重要的作用。 四、基于第三章的結果,我們認為當前的磁性納米顆粒應用中經常會碰到外場誘導產生的聚集問題,這會干擾傳感器的正常工作狀態(tài),影

5、響檢測結果的可靠性。為了解決這個問題,我們提出了用蛋白質大分子阻止外場誘導產生各向異性聚集的想法。簡單的在磁流體樣品中加入BSA蛋白質溶液,既可阻止交變磁場誘導產生纖維狀的聚集。紅外光譜和圖像觀察表明并不是所有情況都有蛋白質分子吸附在顆粒表面。但是,即使在顆粒表面沒有蛋白質分子吸附的條件下,蛋白質分子的存在仍然阻止了一部分磁性顆粒在外場下的聚集。 五、將電磁場誘導的納米材料組裝擴展到生物領域,利用結合了靜磁場和交變電場的發(fā)生裝置

6、組裝了辣根過氧化酶分子。盡管酶分子非常小,超過了理論上雙電泳力作用的極限,但是結果發(fā)現(xiàn)仍然有一維的蛋白質線形成,并且,相對于沒有外加場的狀態(tài)下產生的大量酶的堆積,酶分子在外場作用下是以單分子層的形式組裝的。這其中靜磁場也是有一定作用的,因為如果在側向再加一個靜磁場的話,就沒有這樣的線產生；而如果撤掉靜磁場,則形成的一維結構也與既有靜磁場又有交變電場時不一樣。我們認為電磁場能對這么小的蛋白質分子起作用,是因為隨著溶劑蒸發(fā),蛋白質分子形成了