自驱动管状微纳米马达制备及其驱动机理研究

发布时间：2017-12-17 00:10

  本文关键词：自驱动管状微纳米马达制备及其驱动机理研究

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【摘要】：人造微纳米马达是通过将化学能、光能、热能等不同能源转化为机械动能从而实现自主运动的微纳米尺度装置。人造微纳米马达的设计汲取了自然界和生活中的灵感,又将其运用到与人类健康、发展息息相关的领域,因此具有很大应用科学意义和应用前景。但其造价昂贵,生物相容性待提高。本课题主要研究内外表面均具备可以被功能化修饰的管状结构人造微纳米马达,采用层层组装技术和表面溶胶凝胶法制备了多种形状尺寸的管状微纳米马达。并根据管状马达的特点,实现了多种方式驱动马达的运动,构建了近红外光驱动二氧化硅微米鱼雷、超声驱动不对称二氧化硅管状马达、大肠杆菌驱动聚电解质马达三个不同的具备较好生物相容性的人造微纳米管状马达体系。仿照鱼雷的构造,首先结合层层组装和溶胶凝胶技术构筑仿鱼雷形微马达,结合层层组装技术和表面溶胶凝胶法合成锥形二氧化硅管,并在大尺寸管口端沉积水溶性金纳米粒子。该微米鱼雷近红外激光照射下尾部的金纳米粒子团簇因为光热效应将光能转化热能,推动二氧化硅鱼雷在液体介质中维持匀速直线运动,并且在高强度近红外激光照射下产生爆破。本章成功利用对人体组织穿透性强且无害的近红外光为驱动源,并且可控的不对称金纳米粒子沉积实现了微米鱼雷的匀速运动以及可控性速度和可控性爆破。为了探索运用超声驱动微纳米马达的方式,本论文采用阳极氧化铝模板和聚碳酸酯模板通过溶胶凝胶法分别合成二氧化硅纳米试管和哑铃型管状马达。超声在固定频率下驱使马达产生直线运动、弧线运动、旋转运动、聚集运动以及边旋转边做直线运动等多种运动模式,这主要取决于马达的形状以及马达所处的周边环境。进一步探索简单有效驱动方式,摒弃大型复杂外源驱动力,本论文采用微纳米尺度的大肠杆菌作为驱动源。通过探索培养时间培养出高活性大肠杆菌,与便于修饰内外表面的中空管状聚电解质马达共同培养后使大肠杆菌吸附在管壁,探索出细菌驱动马达的运动规律。并通过控制参数对比不同亲疏水性材料、以及大肠杆菌的吸引剂与抑制剂对细菌贴附性能的影响,探究出亲水性是作为大肠杆菌贴附在人造马达上的优化条件,并且排斥剂的存在会阻碍大肠杆菌贴附。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q-33;TB383.1

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本文编号：1297983