Mg/Pt-PNIPAM微米马达的分步运动行为研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

微纳米马达是能够将周围环境中的能量转化为机械能以产生运动的微纳米器件,在环境、生物、传感及微纳米加工等领域有着广泛的应用前景。目前开发的微纳米马达根据驱动方式不同主要分为自驱动和外场驱动。自驱动微纳米马达(self-propelledmicro-/nanomotors)[1]在不需要外界刺激的条件下就可以自主运动,基于气泡推进、表面张力梯度、由非对称化学反应产生的自电泳、自扩散泳等原理[2],已经研制出各种各样的自驱动微纳米马达,例如非对称催化纳米棒[3]、球形双面神微米马达[4-6]和管状微米发动机[7]等。

然而,大多数的自驱动微纳米马达需要h2o2、br2、i2或其他酸性、碱性溶液作为燃料,这些燃料并不具备生物相容性,这一点严重阻碍了自驱动微纳米马达在生物和环境系统中的实际应用[8]。为了使推进机理有更好的生物相容性和环境友好性,并且替代有毒的过氧化氢燃料,研究者们最近开发了一种由水驱动的活性金属微米马达,这种马达与水发生剧烈反应,产生氢气作为驱动力[4]。相比于其他金属,金属镁在人体中广泛存在,它既能较容易的与水反应产生氢气气泡,又不会因反应过于剧烈而难以控制,是一种具有良好生物相容性[9]和环境友好型材料。通过使用添加剂,或改变微米马达的设计方案,能容易的改变马达的速度和寿命。通过与智能响应材料组合,mg基马达能够用于环境修复[10,11]、药物释放[12,13]或靶向运输[14,15]等。mg基马达的这些性能,为下一代生物兼容和环境兼容智能微纳米机器提供了巨大潜力[8]

mg在环境条件下能与水发生反应,使其成为一种有广阔前景的候选材料,可以在与水相关的环境中甚至在血液中为微米马达提供动力。在微纳米尺度上,经常使用双面神结构[16]打破马达的对称性从而产生有效净位移。为了去除镁球表面致密的氢氧化物钝化层,gao等人在镁球表面镀上不完全包覆的金层,并在水中引入cl-,通过宏观电腐蚀和点腐蚀的协同效应加强了镁水反应,使氢气气泡能够连续生成[17]。mou等人通过nahco3水溶液溶解mg/pt双面神微米马达的mg(oh)2钝化层,增强镁水反应,以驱动微米马达的运动[4]。mg基微米马达的表面能够容易的通过多种材料进行功能化,实现不同的功能和应用。mou等人研究了生物相容性的mg/pt-聚(n-异丙基丙烯酰胺)(pnipam)双面神微米马达在模拟体液(sbf)以及血浆中的温控药物运输行为[18]。mg/pt-pnipam双面神微米马达能够通过温度控制,利用表面涂覆的热敏性pnipam水凝胶加载和释放药物分子,为其应用在生物体内主动给药提供了巨大潜力。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

基于mg能与水反应并能释放出氢气、pt能催化过氧化氢分解释放出氧气在气泡驱动型微米马达中的驱动作用,本课题对mg/pt-pnipam微米马达这一体系的运动行为进行了更加深入的探究。

材料制备:

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3. 研究计划与安排

第1-7周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,熟悉实验操作,了解相关测试方法,并完成开题报告。

第8-10周:按照设计方案,制备mg/pt-pnipam微米马达,并对其开口尺寸进行调控,利用扫描电镜表征马达的形貌。

第11-13周:利用光学显微镜对mg/pt-pnipam微米马达进行运动行为表征。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 孔磊,牟方志,姜玉周,等.自驱动微纳米马达的设计原理与结构简化方法[j].科学通报, 2016, 61:1-15.

[2]wang w, duan w, ahmed s, et al. small power: autonomous nano- and micromotorspropelled by self-generated gradients[j]. nano today, 2013, 8(5):531-554.

[3] liu r, sen a. autonomous nanomotor based oncopper-platinum segmented nanobattery[j]. j. am. chem. soc., 2011, 133(50): 20064-20067.

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