【摘要】：微納米馬達(dá)是一種能夠?qū)⑼饨绲哪芰哭D(zhuǎn)換為自身機(jī)械能的微納米顆粒,在藥物靶向運(yùn)輸、環(huán)境監(jiān)測(cè)治理、疾病診斷治療等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。其中,超聲波驅(qū)動(dòng)的微納米馬達(dá)所需的超聲頻率在人體安全范圍內(nèi),在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有潛在應(yīng)用價(jià)值,近幾年相關(guān)研究也逐年增多。超聲波驅(qū)動(dòng)的微納米棒具有較高的運(yùn)動(dòng)速度,通過(guò)調(diào)節(jié)超聲波的頻率和電壓,相應(yīng)的可以控制馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及組裝形態(tài)。超聲驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)有無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)、環(huán)狀自旋運(yùn)動(dòng)以及繞馬達(dá)自身長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)利用超聲對(duì)馬達(dá)的靈活操控,我們有必要對(duì)超聲驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)做進(jìn)一步的機(jī)理研究。我們用模板輔助電化學(xué)沉積的方法制備了長(zhǎng)度為2μm、直徑在300 nm的金微米棒。我們發(fā)現(xiàn)棒狀微納米馬達(dá)在超聲驅(qū)動(dòng)下會(huì)做環(huán)狀自旋運(yùn)動(dòng),并且隨著超聲驅(qū)動(dòng)電壓的升高,金棒做環(huán)狀自旋運(yùn)動(dòng)的線速度與角速度均加快,并且線速度、角速度與超聲驅(qū)動(dòng)電壓近似成二次函數(shù)關(guān)系;而金棒做環(huán)狀自旋運(yùn)動(dòng)的半徑隨驅(qū)動(dòng)電壓的變化則傾向于不變。超聲驅(qū)動(dòng)頻率越接近超聲反應(yīng)腔的共振頻率,金棒運(yùn)動(dòng)的線速度越快,而當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率超出一定范圍后,金棒則難以維持環(huán)狀自旋運(yùn)動(dòng),傾向于做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行超聲驅(qū)動(dòng)微顆粒繞自身軸向旋轉(zhuǎn)規(guī)律研究中,我們制備了一面鍍有金屬的Si O2小球,通過(guò)追蹤小球明暗變化的頻率,我們可以推測(cè)出小球旋轉(zhuǎn)的角速度。發(fā)現(xiàn)隨著超聲驅(qū)動(dòng)電壓升高,小球旋轉(zhuǎn)角速度加快,角速度與超聲驅(qū)動(dòng)電壓近似成二次關(guān)系,超聲驅(qū)動(dòng)頻率越接近超聲反應(yīng)腔的共振頻率,小球旋轉(zhuǎn)越快。材料的親疏水性對(duì)微納米馬達(dá)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有很大影響。本文研究了疏水修飾對(duì)超聲驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)疏水修飾后金棒在超聲驅(qū)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)速度加快。在實(shí)驗(yàn)中我們還發(fā)現(xiàn)超聲驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)在特定頻率下會(huì)排列組裝成特定的形狀。通過(guò)提高溶液中的離子強(qiáng)度,能夠使金微米棒在超聲驅(qū)動(dòng)下排列組裝成一維的鏈狀,并且具有很好的穩(wěn)固性。通過(guò)本文的研究,我們闡明了超聲驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的機(jī)理;通過(guò)疏水修飾,提高了馬達(dá)在超聲驅(qū)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)速度;通過(guò)提高離子強(qiáng)度的方法,使微納米馬達(dá)在超聲驅(qū)動(dòng)下成功排列組裝成穩(wěn)固的一維鏈狀。本課題為超聲驅(qū)動(dòng)微納米顆粒,在器件的組裝與生物醫(yī)療應(yīng)用方面打下了基礎(chǔ)。
【圖文】：

有潛在應(yīng)用價(jià)值。由于微納米馬達(dá)的潛在界的廣泛興趣。微納米馬達(dá)運(yùn)動(dòng)之前，早有超聲波廣泛應(yīng)波檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在國(guó)防、工業(yè)以及受檢者不存在痛苦、損害等副作用，操作查已逐漸成為診斷學(xué)領(lǐng)域中非侵入性檢查次數(shù)高于 20000 的聲波，即頻率高于 200超聲波頻率為 2~10 MHz[12]。2012 年，WHz 的超聲頻率下會(huì)產(chǎn)生劇烈的運(yùn)動(dòng)[1]。如形超聲反應(yīng)腔中，在底部加超聲后由于反形成一個(gè)超聲駐波節(jié)面，在超聲駐波的作，由于馬達(dá)前后的形狀非對(duì)稱性，產(chǎn)生聲米馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度可以通過(guò)超聲波的強(qiáng)度向也可以通過(guò)嵌入磁性材料得以控制[13]。

曼散射的增強(qiáng)等[20]，可用于制作一些傳感裝置，，藥物輸送以及用于分離和催化的微納米裝置等。在超聲波驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)的實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)在特定的超聲波驅(qū)動(dòng)頻率下，微納米馬達(dá)相應(yīng)的會(huì)自組裝成特定的形狀，如團(tuán)簇狀或鏈狀[21]。微納米馬達(dá)在超聲作用下運(yùn)動(dòng)速度很快，如長(zhǎng)度為 3 μm 的金微米棒在超聲驅(qū)動(dòng)下速度能夠達(dá)到數(shù)百 μm/s，相比于其他驅(qū)動(dòng)方式速度要快很多，并且微納米馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)對(duì)于超聲頻率和電壓的變化響應(yīng)靈敏，調(diào)節(jié)超聲波的操作也比較簡(jiǎn)單。能夠在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)微納米顆粒的快速動(dòng)態(tài)自組裝，并且由于超聲波的頻率和電壓容易調(diào)控，相應(yīng)的比較方便調(diào)控微納米顆粒的組裝過(guò)程。但是在超聲作用下組裝成一維鏈狀的微納米馬達(dá)，在改變超聲波頻率或者電壓后，容易松散開來(lái)，不能很好的維持組裝結(jié)構(gòu)，因此為了獲得比較穩(wěn)固的一維鏈狀組裝結(jié)構(gòu)需要通過(guò)化學(xué)方法提高顆粒間的相互作用力，獲得穩(wěn)固的自組裝結(jié)構(gòu)。如圖 1-2 所示在超聲波特定的驅(qū)動(dòng)頻率下微納米金棒會(huì)排列成一維鏈狀或者來(lái)回快速運(yùn)動(dòng)的團(tuán)簇狀[22]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 王超;;超聲檢查小常識(shí)[J];醫(yī)藥與保健;2012年07期

本文編號(hào)：2675888