金属微颗粒的超声驱动旋转与一维自组装研究

发布时间：2020-05-22 10:48

【摘要】：微纳米马达是一种能够将外界的能量转换为自身机械能的微纳米颗粒,在药物靶向运输、环境监测治理、疾病诊断治疗等方面具有广泛的应用前景。其中,超声波驱动的微纳米马达所需的超声频率在人体安全范围内,在生物医学领域有潜在应用价值,近几年相关研究也逐年增多。超声波驱动的微纳米棒具有较高的运动速度,通过调节超声波的频率和电压,相应的可以控制马达的运动状态及组装形态。超声驱动的马达常见的运动形态有无规则运动、环状自旋运动以及绕马达自身长轴旋转。为了能够实现利用超声对马达的灵活操控,我们有必要对超声驱动的马达常见的运动形态做进一步的机理研究。我们用模板辅助电化学沉积的方法制备了长度为2μm、直径在300 nm的金微米棒。我们发现棒状微纳米马达在超声驱动下会做环状自旋运动,并且随着超声驱动电压的升高,金棒做环状自旋运动的线速度与角速度均加快,并且线速度、角速度与超声驱动电压近似成二次函数关系;而金棒做环状自旋运动的半径随驱动电压的变化则倾向于不变。超声驱动频率越接近超声反应腔的共振频率,金棒运动的线速度越快,而当驱动频率超出一定范围后,金棒则难以维持环状自旋运动,倾向于做无规则运动。在进行超声驱动微颗粒绕自身轴向旋转规律研究中,我们制备了一面镀有金属的Si O2小球,通过追踪小球明暗变化的频率,我们可以推测出小球旋转的角速度。发现随着超声驱动电压升高,小球旋转角速度加快,角速度与超声驱动电压近似成二次关系,超声驱动频率越接近超声反应腔的共振频率,小球旋转越快。材料的亲疏水性对微纳米马达运动状态有很大影响。本文研究了疏水修饰对超声驱动的马达运动状态的影响,发现经过疏水修饰后金棒在超声驱动下的运动速度加快。在实验中我们还发现超声驱动的马达在特定频率下会排列组装成特定的形状。通过提高溶液中的离子强度,能够使金微米棒在超声驱动下排列组装成一维的链状,并且具有很好的稳固性。通过本文的研究,我们阐明了超声驱动马达旋转的机理;通过疏水修饰,提高了马达在超声驱动下的运动速度;通过提高离子强度的方法,使微纳米马达在超声驱动下成功排列组装成稳固的一维链状。本课题为超声驱动微纳米颗粒,在器件的组装与生物医疗应用方面打下了基础。
【图文】：

有潜在应用价值。由于微纳米马达的潜在界的广泛兴趣。微纳米马达运动之前，早有超声波广泛应波检测技术被广泛应用在国防、工业以及受检者不存在痛苦、损害等副作用，操作查已逐渐成为诊断学领域中非侵入性检查次数高于 20000 的声波，即频率高于 200超声波频率为 2~10 MHz[12]。2012 年，WHz 的超声频率下会产生剧烈的运动[1]。如形超声反应腔中，在底部加超声后由于反形成一个超声驻波节面，在超声驻波的作，由于马达前后的形状非对称性，产生声米马达的运动速度可以通过超声波的强度向也可以通过嵌入磁性材料得以控制[13]。

曼散射的增强等[20]，可用于制作一些传感装置，，药物输送以及用于分离和催化的微纳米装置等。在超声波驱动微纳米马达的实验中还发现在特定的超声波驱动频率下，微纳米马达相应的会自组装成特定的形状，如团簇状或链状[21]。微纳米马达在超声作用下运动速度很快，如长度为 3 μm 的金微米棒在超声驱动下速度能够达到数百 μm/s，相比于其他驱动方式速度要快很多，并且微纳米马达的运动对于超声频率和电压的变化响应灵敏，调节超声波的操作也比较简单。能够在较短时间内实现微纳米颗粒的快速动态自组装，并且由于超声波的频率和电压容易调控，相应的比较方便调控微纳米颗粒的组装过程。但是在超声作用下组装成一维链状的微纳米马达，在改变超声波频率或者电压后，容易松散开来，不能很好的维持组装结构，因此为了获得比较稳固的一维链状组装结构需要通过化学方法提高颗粒间的相互作用力，获得稳固的自组装结构。如图 1-2 所示在超声波特定的驱动频率下微纳米金棒会排列成一维链状或者来回快速运动的团簇状[22]。
【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】：2018
【分类号】：TB383.1

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 王超;;超声检查小常识[J];医药与保健;2012年07期

本文编号：2675888