异质微纳米马达集群的构建与光控集群行为研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

微纳米马达(micro/nanomotors)是指在微米或者纳米尺度下,通过将其他形式的能量转化为自身动能,从而在微观下可以行使特殊功能或执行特定任务的器件。因其自主运动特性,微纳米马达可以在介质中进行类似于机械的抓取、装载、运输、释放微纳米级“货物”的运动行为,在药物运输、靶向货物载体、环境治理、细胞组分分离、生物识别等方面有广阔的应用前景。

微纳米马达正如自然界中的生物体,在不同的尺度层面上表现出了集群效应及现象。生物集群效应是在自然界中普遍存在的现象,从季节性群体迁移的角马、集体飞行的鸽子、结队游动的鱼类,到集群性觅食生存的蚂蚁、蜜蜂,甚至由细菌真菌组成的菌落。由以上的自然现象得知,生物群体中个体的感知和行为能力受限,只能实现一些简单的行为运动,却能够通过集体合作的方式完成觅食、迁徙、防御乃至繁衍等复杂的团体活动,呈现出了较为规律有序的集群组织行为。微纳米马达同样遵循简单的活动规则,即个体在集群中便能呈现出有序的组织行为,并相互协协作完成复杂的任务。

微纳米马达个体的运动机理主要有自驱动(气泡、扩散泳、表面张力梯度)和外场驱动(声、光、电、磁)两大类,而微纳米马达集群的构建和操控在个体马达原有的运动基础上实现了多种方法,例如通过自建化学场、超声场、磁场、电场、光场等实现集群的构建和控制。其中,化学场是在没有外力作用于马达,而通过自身场(扩散泳梯度、界面场)的诱导实现集群的构建和控制。化学场的集群驱动条件简单和研究广泛,但还是具有一定的局限性。正如,sen课题组研究的ag3po4颗粒在nh3或uv光照的施加或移除下实现聚集和分散的现象,这种扩散泳梯度诱导的集群响应时间长并且需要添加燃料。而界面场诱导的集群如schmidt研究的内壁含有pt的纳米管和wang研究的sio2-pt双面神马达有较高依赖于马达本身的物理化学性质和材料组成要求。

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2. 研究的基本内容与方案

(1)研究基本内容

本课题旨在研究在近红外光下诱导对流构建异质微米马达集群、调控集群大小及不同形态变化、重构性、集群和其中个体的可调控运动行为。通过不同微纳米马达之间的相互作用以及不同的趋光性,对异质微纳米马达集群的形态、大小、种类、重构和运动进行精准控制。主要内容有:

1) 异质微纳米马达集群构建研究

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3. 研究计划与安排

第1-4周:查阅相关文献资料,翻译英文文献;整理资料,在任务书的基础上,设计研究方案,确定切实可行的实验技术路线,了解相关的结构和性能的测试方法;撰写开题报告,开题答辩;

第5-8周:相互作用的微纳米马达的制备和表征;

第9-12周:研究不同种微纳米马达构建成不同形态的异质微纳米马达集群;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] sánchez s., soler l., katuri j., chemicallypowered micro- and nanomotors[j]. angew. chem. int. ed.,2015,54 (5): 1414-1444.

[2] chen, x.-z.; jang, b.; ahmed, d.; hu, c.; demarco, c.; hoop, m.; mushtaq, f.; nelson, b. j.; pané, s., small-scale machinesdriven by external power sources. adv. mater. 2018, 1705061.

[3] xu, l.; mou, f.; gong, h.; luo, m.; guan, j.,light-driven micro/nanomotors: from fundamentals to applications. chem. soc.rev. 2017,46, 6905-6926.

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