基于高分子微结构的微米马达的研究

发布时间：2017-09-07 01:01

  本文关键词：基于高分子微结构的微米马达的研究

  更多相关文章： 软光刻 聚己内酯 水凝胶 微米马达 微米泵

【摘要】：在生命系统中,驱动蛋白等生物微米马达能够将水解ATP所产生的能量转化成其自身的动能,从而实现在细胞内部对于物质的输运。受此启发,人们发展出来了与生物微米马达类似的人工微米机械。它们依靠化学燃料中的化学能或者是外场(磁场、电场等)的能量实现自身运动。这种能够自主运动的微米马达在药物输运、离子检测、微流控等方面有潜在的应用前景。人工微米机械分为两种,其中微米马达是指自身能够运动的器件,而微米泵指的是能够驱动周围流体运动的器件。然而,由于受到构造方法的限制,很难对人工微米机械的形状和尺寸进行调控,这就阻碍了人们研究人工纳米机械的运动行为与其尺寸和形状的关系。另外,人们还没有发展出具有刺激响应性的人工微米马达和微米泵。基于以上科学问题,本论文以PDMS为模板合成了具有多种形状和尺寸的聚己内酯微米结构,并将其用于人工微米马达的研究。另外我们还以水凝胶为基础构造了具有刺激响应性质的人工微米马达和微米泵。一、基于PDMS模板技术合成形状可控的高分子人工微米马达我们先用基于PDMS模板的改进的微转移成型技术合成各种形状和尺寸的实心PCL-Pt微米马达。Pt纳米粒子在PCL一侧催化过氧化氢产生氧气气泡,驱动马达自主运动。另外,各种功能性材料(如罗丹明荧光染料和磁响应四氧化三铁粒子)可通过包覆的方法引入到在PCL的微结构当中,从而使得到的人工微米马达具有多种功能,包括荧光,磁场控制等。我们还发现微米马达的形状和尺寸会影响其运动行为。在此基础上,我们通过在PDMS模板上引入PVA牺牲层的方法构造了空心的杯子状和凳子状微米结构。通过在杯子结构的底部引入Pt纳米粒子,可以实现其在溶液中的自主运动。更重要的是,在不对人工微米马达和微球进行任何表面修饰的情况下,依靠空腔就可以在磁场的作用下捕获、运输和释放聚己内酯微球。另外,凳子状微米结构对微球的运输还具有一定的尺寸选择性。因此,我们相信这种方法可以应用于多功能人工微米马达的构造。二、刺激性响应水凝胶人工微米马达和微米泵的制备通过在水凝胶里包覆Triton X-100两亲性表面活性剂的方法,我们合成了具备热响应性的聚异丙基丙烯酰胺水凝胶马达和具备酸响应性的聚丙烯酸纳水凝胶马达。在外界刺激(热、酸)下,水凝胶交联网络发生变化,里面的表面活性剂会释放出来,降低局部表面张力,基于马拉高尼效应推动了水凝胶马达的自主运动。之后,我们还构造了一系列基于水凝胶的微米泵:酸碱响应微泵,钙离子响应微泵、酶释放微泵和表面活性剂释放微泵。这些马达和微泵构造起来十分简单,材料易得,水凝胶还具备很好地生物兼容性,相信其在检测、微流控、药物释放等领域会有很大的发展前景。
【关键词】：软光刻 聚己内酯 水凝胶 微米马达 微米泵
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.1
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-39
• 1.1 自主推进人工马达的构造和应用10-29
• 1.1.1 自主推进人工马达的概述和发展10
• 1.1.2 人工马达的发展过程10-14
• 1.1.3 自主推进人工马达的推进机理和构造方法14-24
• 1.1.4 自主推进人工马达的应用24-29
• 1.2 微米泵的概述和研究现状29-31
• 1.3 课题的研究意义和内容31-32
• 1.3.1 研究意义31
• 1.3.2 研究内容31-32
• 参考文献32-39
• 第二章 基于PDMS模板技术合成形状可控的高分子人工微米马达39-64
• 2.1 引言39-40
• 2.2 实验部分40-43
• 2.2.1 实验材料和实验仪器40-41
• 2.2.2 低分子量聚己内酯的合成41-42
• 2.2.3 铂纳米粒子的合成42
• 2.2.4 PDMS 模板的制备42-43
• 2.3 结果与讨论43-60
• 2.3.1 不对称微米马达的构造43-45
• 2.3.2 实心Pt-PCL微米马达的自主运动45-49
• 2.3.3 功能性材料的包裹49-50
• 2.3.4 空心微米马达的构造50-52
• 2.3.5 自推进空心Pt-PCL-Fe_3O_4微米马达的可控运动52-53
• 2.3.6 基于Pt-PCL-Fe_3O_4的结构来捕捉微球53-60
• 2.4 本章小结60
• 参考文献60-64
• 第三章 刺激性响应水凝胶人工微米马达和微米泵的制备64-85
• 3.1 引言64-66
• 3.2 实验部分66-67
• 3.2.1 实验材料和实验仪器66
• 3.2.2 基于聚（N-异丙基丙烯酰胺）水凝胶的人工合成马达和微米泵的制备66-67
• 3.2.3 基于聚丙烯酸钠水凝胶的人工合成马达和微米泵的制备67
• 3.3 结果与讨论67-80
• 3.3.1 聚异丙基丙烯酰胺水凝胶马达的自主推进67-71
• 3.3.2 聚丙烯酸纳水凝胶马达的自主推进71-72
• 3.3.3 基于水凝胶的人工合成微米泵行为表征72-79
• 3.3.4 水凝胶的人工合成马达和微米泵的结合79-80
• 3.4 本章小结80-81
• 参考文献81-85
• 第四章 结论85-87
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文87-88
• 致谢88-89

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9 曹志远,程国华;非匀质材料构件微结构分析的细观元模型[J];玻璃钢/复合材料;2005年01期

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1 黄银;陈航;冯雪;;基于微结构调控的可拉伸波状硅[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

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4 胡瑞林;李向全;官国琳;叶浩;;粘性土微结构的定量化研究进展[A];第五届全国工程地质大会文集[C];1996年

5 陈斌;尹大刚;袁权;;胫骨螺旋绕孔微结构[A];第十七届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2012年

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本文编号：806476