微納米馬達(dá)能夠?qū)⒆陨砘颦h(huán)境中的光,聲和磁等能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,從而實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)。而化學(xué)驅(qū)動(dòng)的微納米馬達(dá)不需要借助外部能量,由存儲(chǔ)在燃料中的化學(xué)能就可以轉(zhuǎn)化為自身的自主移動(dòng),備受廣大研究者的關(guān)注。目前,化學(xué)驅(qū)動(dòng)的微納米馬達(dá)以過(guò)氧化氫（H₂O₂）的催化分解為主,盡管涉及一些生物酶（如過(guò)氧化氫酶,葡萄糖氧化酶）的使用,但是不可避免的會(huì)有H₂O₂的參與。而其他形式的化學(xué)驅(qū)動(dòng)大多借助活潑金屬與酸,堿或水的反應(yīng)。但是無(wú)論是有毒的H₂O₂分解還是活潑金屬的激烈反應(yīng),產(chǎn)生的大量氣泡都可能在靜脈,肺部或腦部誘發(fā)致命的氣體栓塞病,從而限制了化學(xué)驅(qū)動(dòng)的微納米馬達(dá)的應(yīng)用。因此,在整個(gè)化學(xué)驅(qū)動(dòng)的微納米馬達(dá)方向,對(duì)新的燃料體系的探索至關(guān)重要�；诖�,本文選用了生物相容性良好的新型材料鎵銦錫（GaInSn）液態(tài)金屬作為微納米馬達(dá)的制備材料,利用堿性環(huán)境中的氫氧化鈉（NaOH）作為燃料,實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)溫和,生物相容性良好的化學(xué)自驅(qū)動(dòng)體系。本課題設(shè)計(jì)和制備了GaInSn液態(tài)金屬球形Janus微... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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基于無(wú)機(jī)氧化物/鹽的微納米馬達(dá)a）SiO2基微納米馬達(dá)的示意圖和視頻截圖[19]；b）

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-8-在雙金屬納米棒中被廣泛接受的機(jī)制為自電泳機(jī)制。如圖1-5c）所示，在雙金屬Au/Pt納米馬達(dá)的情況下，H2O2的氧化優(yōu)先發(fā)生在Pt端，而H2O2的還原優(yōu)先發(fā)生在Au端。由于Pt側(cè)的H+過(guò)量，產(chǎn)生帶電粒子的遷移生成局部電場(chǎng)，電場(chǎng)從Pt端指向Au端，帶負(fù)電的棒使Pt側(cè)向前移動(dòng)[44]。圖1-5不同形狀的微納米馬達(dá)利用金屬催化劑分解H2O2的驅(qū)動(dòng)機(jī)理示意圖a）管狀微納米馬達(dá)[40]；b）球形Janus微納米馬達(dá)[45]；c）雙金屬棒微納米馬達(dá)[44]（2）通過(guò)生物酶（過(guò)氧化氫酶、葡萄糖氧化酶或脲酶等）催化分解有機(jī)物釋放化學(xué)能。使用酶驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)的最初動(dòng)機(jī)是降低自推進(jìn)所需的H2O2燃料濃度。如圖1-6a）所示，過(guò)氧化氫酶能將H2O2分解成氧氣氣泡，由于其高活性和生物相容性而被引入微納米馬達(dá)系統(tǒng)作為Pt的替代物[46]。Wu等人通過(guò)在一側(cè)化學(xué)固定過(guò)氧化氫酶制備了過(guò)氧化氫酶催化的Janus膠囊馬達(dá)[47]。此后Pantarotto等人在微納米馬達(dá)中采用了葡萄糖氧化酶（GOx）和過(guò)氧化氫酶的二元酶系統(tǒng)，其中葡萄糖可以用作替代燃料，見(jiàn)圖1-6b）。GOx最初將葡萄糖轉(zhuǎn)化為H2O2，然后過(guò)氧化氫酶將其進(jìn)一步分解為瞬時(shí)燃料[48]。如圖1-6c）所示，Ma等人還通過(guò)使用三元酶（過(guò)氧化氫酶，GOx和脲酶）和SiO2結(jié)合完成了SiO2Janus納米馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)[49]。Golestanian提出了一種自擴(kuò)散電泳機(jī)制以增強(qiáng)擴(kuò)散。他提出酶促反應(yīng)的產(chǎn)物優(yōu)先在酶的一側(cè)釋放或積聚，從而產(chǎn)生濃度梯度，最終驅(qū)動(dòng)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)[50]。當(dāng)然，對(duì)酶促反應(yīng)的機(jī)理不僅僅局限于自擴(kuò)散電泳，為了更好的設(shè)計(jì)和使用酶動(dòng)力微納米馬達(dá)，對(duì)酶促反應(yīng)的機(jī)理依然被廣泛研究。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-10-1.3.2光驅(qū)動(dòng)光驅(qū)動(dòng)是借助光敏材料在光作用下發(fā)生反應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種驅(qū)動(dòng)方式。按照其光源不同可以分為紫外（Ultraviolet，UV）光驅(qū)動(dòng)、可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)、紅外（Nearinfrared，NIR）光驅(qū)動(dòng)和其他光源驅(qū)動(dòng)。最近Wang等人報(bào)道了以表面包裹SiO2的納米銀線為主體，氯化銀顆粒為尾部的UV光驅(qū)動(dòng)的Ag-SiO2類(lèi)火柴納米馬達(dá)，該馬達(dá)利用氯化銀尾部的光催化反應(yīng)提供動(dòng)力產(chǎn)生自驅(qū)動(dòng)，并且主動(dòng)與檢測(cè)物接觸形成表面增強(qiáng)拉曼光譜探針用于生化傳感，見(jiàn)圖1-8a），從而拓寬了紫外光驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)的應(yīng)用范圍[54]。考慮到紫外線會(huì)對(duì)免疫系統(tǒng)或活生物體功能產(chǎn)生破壞，因此寬光譜的可見(jiàn)光也被研究[55,56]。Wang等人制備了納米帽形的Au/TiO2馬達(dá)，在可見(jiàn)光的作用下，其表面等離子共振效應(yīng)引起了在Au和TiO2層之間的自電泳，進(jìn)而表現(xiàn)出增強(qiáng)的布朗運(yùn)動(dòng)[55]，如圖1-8b）所示。鑒于近紅外光在人體組織中具有有效的穿透力和弱吸收性，因此在微納米馬達(dá)中被用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。Jiang等人報(bào)道了NIR光驅(qū)動(dòng)的鍍金JanusSiO2微馬達(dá)。當(dāng)受到NIR光照射時(shí)，由于馬達(dá)的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，SiO2層可以吸收光能并產(chǎn)生溫度梯度，如圖1-8c）所示，通過(guò)熱泳產(chǎn)生推進(jìn)力[57]。為進(jìn)一步增強(qiáng)微納米馬達(dá)的穿透能力，Xu等人首次利用X射線作為動(dòng)力推動(dòng)Cu/SiO2Janus微納米馬達(dá)，如圖1-8d）所示，其運(yùn)動(dòng)歸因于水輻解作用在微馬達(dá)的Cu側(cè)形成的氫氣泡，氣泡的不斷產(chǎn)生推動(dòng)微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)[58]。圖1-8光催化驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)推動(dòng)機(jī)理；a）UV光驅(qū)動(dòng)的Ag-SiO2納米馬達(dá)示意圖[54]；b）可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)的納米帽形Au/TiO2納米馬達(dá)[55]；c）NIR光驅(qū)動(dòng)鍍金JanusSiO2微馬達(dá)[57]；d）X射線驅(qū)動(dòng)的Cu/SiO2微馬達(dá)[58]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]自驅(qū)動(dòng)柔性液態(tài)金屬車(chē)輛之間的自主融合與分離(英文)[J]. 張潔,姚又友,劉靜.  Science Bulletin. 2015(10)

碩士論文
[1]SiO2@Ag納米馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及拉曼增強(qiáng)效應(yīng)研究[D]. 王勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018



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