微纳米马达聚集的驱动方式以及应用研究现状

简单阐述了微纳米马达及相关领域的发展历程,详细介绍了在微纳米马达驱动技术的基础上调控微纳米马达发生聚集,重点阐述了通过化学驱动和物理驱动等一系列驱动方式使微纳米马达之间相互发生作用、产生运动并在可控的情况下表现出的聚集行为。从聚集现象能有效提升微纳米马达执行任务的效率、增强完成复杂任务能力的角度出发,归纳了通过化学能、声能、磁能、电能、光能来驱动微纳米马达进而实现聚集的研究成果,总结了近年来微纳米马达在聚集领域的研究进展,以及在生物医学中对相关疾病治疗的成功应用。最后,对微纳米马达聚集现象的未来发展方向与面临的挑战进行了展望。

铂基双面神微纳米马达运动的增强策略

铂基微纳米马达制备简单,组成稳定,多作为典型体系开展化学驱动微纳米马达的相关研究。化学驱动微纳米马达的运动易受提供驱动力的化学反应的制约,很难在不改变燃料浓度的情况下实现运动速度的提升。将铂基双面神微纳米马达作为研究对象,探索化学驱动微纳米马达的运动增强策略;通过引入过渡金属氧化物层构建异质结,在聚苯乙烯微球(PS)@过渡金属氧化物(CuO或WO_(3))核壳粒子表面半包覆铂,构建PS@过渡金属氧化物-铂基双面神微纳米马达。结果表明:通过构建异质结,H_(2)O_(2)的催化转化速率得到提升,铂基双面神微纳米马达的运动速度从22μm/s提升至35μm/s,实现铂基双面神微纳米马达的运动增强,运动速度的提升取决于铂与过渡金属氧化物之间的电子迁移速率。

高效黏膜穿透的近红外光驱动的黏惰性纳米马达

黏液层覆盖在黏膜上方,是人体的免疫防线,其在利用静电和疏水作用高效吸附并滞留外来粒子的同时也阻碍了载药纳米粒子的穿透,这给基于纳米载体的跨黏膜疾病的治疗带来困难.本文制备了一种近红外光驱动的具有黏液惰性的纳米马达,用于快速穿透黏液层进行黏膜递送.该纳米马达以表面氨基化的介孔二氧化硅纳米粒子作为主体,将两性离子聚合物聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯(pCBMA)接枝于其上得到黏液惰性的纳米粒子MSNs-pCBMA;随后,通过将金沉积在MSNs-pCBMA半表面上得到Janus型纳米马达JMSNs-pCBMA,其可以在近红外光的照射下定向运动.透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线能谱和热重分析等表征结果表明合成了JMSNs-pCBMA,水合粒径为(329±14)nm,pCBMA的接枝量为0.114 g/g.光热响应实验表明,JMSNs-pCBMA溶液在近红外光照射下具有良好的升温能力.此外,黏液渗透实验表明,pCBMA的接枝和近红外光驱动均提高了纳米粒子在黏液中的渗透能力,其中JMSNs-pCBMA在近红外光照射4 h后黏液渗透率达到了52.4%,表观渗透系数达到21.9×10^(-6)cm/s,且在黏液中的运动速度为3.28μm/s.体外细胞实验表明,JMSNs-pCBMA具有良好的生物相容性,可在体外被Calu-3细胞高效摄取.本文制备了一种具有快速穿透黏液层能力的纳米马达,为跨黏液层递送载体的构建提供了新思路,将推动纳米马达在黏膜递送中的应用.

治疗癌症的“奇兵”——微纳米马达

目前癌症的发病率正在逐渐上升,为实现精准且低毒害的治疗目标,科学家们设计了智能的微纳米马达材料。这类微小的智能装置可在外界条件控制下靶向于甚至进入癌细胞,从而靶向运输药物,最终实现癌症的治疗。为了使这项技术得到更广泛的认识,本文采用拟人化手法,以微纳米马达与免疫细胞共同消灭癌细胞的故事为主体,简单介绍微纳米马达的制备、驱动方式以及治疗原理。

一种压电纳米马达的运动动力学分析

利用压电晶体的逆压电效应 ,设计并制作了一种纳米精度步进马达 .将实际结构简化为理论模型 ,从理论上对马达的动态特性进行分析 ,获得了纳米马达步进运动的一些参数判据 。

压电线性马达与纳米马达

国外对压电线性马达的研究已经进行了有些年了,并已有较为成熟的应用。它利用压电陶瓷基片或薄膜、电致伸缩材料等功能部件实现驱动,主要特征是能够提供较大的横向输出力,同时,又可能实现超高精度和小位移——毫米级的位移行程和原子级的精度。一般用空载速度、最大推进力、效率及其他一些参数来表征压电线性马达。该文首先介绍几种类型的压电线性马达,包括它们的结构、运行原理和特性等,然后再介绍纳米马达。应该指出,纳米马达是压电线性马达的发展,其特点是能够实现纳米级精度的位移,国外已经在精密仪器、航天航空、自动控制、办公自动化、微型机械系统、微装配、纳米定位等领域得到了实际应用。

自驱动微纳米马达在主动药物递送中的应用进展

自驱动微纳米马达(MNMs)是一种能够将周围环境中的化学能或者外部能量转化为机械动能从而产生自主运动的新型人造微纳米机器。基于其自主运动能力,这些微纳米马达能够自主地运动到目标位置,因此在生物医学方面展现出了广阔的应用前景,尤其是在药物递送领域。研究证明微纳米马达能够有效地进行药物的装载并主动地递送至病灶区域,因此与常规纳米药物载体相比,能够更大限度地提高疗效并同时降低毒副作用。本文首先概述了微纳米马达的各种驱动机制,包括基于氧化还原反应的化学驱动和基于光、磁、电、超声等外部能量的外场驱动。随后总结了近十年来基于化学驱动和外场驱动的微纳米马达在药物递送领域的最新研究进展,最后对当前存在的挑战和未来的发展方向进行了展望。

能干的小引擎——纳米马达

在分子水平上实现马达功能,即纳米尺度上的有用功输出和精确运输,曾是R．Feynman的梦想,也是当前纳米科学面临的挑战。本文简介纳米马达研究的现状,并指出若干尚待解决的重大科学问题。

化学反应驱动的自热泳纳米马达

自驱动生物马达广泛存在于生物体中,利用化学能量自驱动克服布朗运动的阻力,进而高效精确地行使特定的生物功能。受自驱动生物马达的启发,激起了关于人工自驱动纳米马达的研究热潮。人工合成自驱动纳米马达在特定的刺激（光、热、化学刺激等）作用下,

纳米马达的驱动机理研究进展

纳米马达是一种将其他形式能量转化为机械能从而产生定向运动的纳米机器。文章概要介绍了不同种类纳米马达驱动机理的研究现状,简略分析了纳米马达在实际应用中存在的困难,并对未来的发展趋势进行初步展望。

自驱动二氧化锰纳米马达的制备与性能

近年来,基于微纳米马达的研究引起了研究者广泛的兴趣,其中,对微米尺度的马达研究占多数,而纳米马达的制备更具有挑战性。本研究介绍了一种制备方法简单、原料来源广泛、尺寸可在纳米至微米尺度范围内精确调控的微纳米马达体系。首先合成了尺寸可控的SiO2纳米颗粒,采用Pickering乳液法制备微米尺寸的胶体囊,裸露的SiO2进一步催化高锰酸钾(KMnO4)还原生成二氧化锰(MnO2)/SiO2Janus纳米颗粒,MnO2催化过氧化氢(H2O2)分解产生氧气,从而推动马达运动。利用动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)表征了SiO2模板的尺寸,其在140nm(SS1)到630nm(SS5)内可控。通过扫描电镜(SEM)观察所形成的胶体囊表面SS1的分布情况,研究了石蜡与SS1质量比对SS1在胶体囊表面分布的影响。结果显示,当二者质量比达到40∶1时,SS1能在石蜡表面实现单层分布,并且有一部分嵌入石蜡中。通过紫外(UV)、DLS、TEM等方法进行表征,证实了自驱动MnO2纳米马达的Janus结构。通过倒置显微镜观察并使用ImageJ、MATLAB等软件进行运动分析,发现SS5纳米马达在0.5%H2O2溶液中的均方位移比在超纯水中长,且扩散系数从超纯水中的0.56μm2/s增加到1.26μm2/s,增加了1.25倍,证实了自驱动MnO2纳米马达的有效运动。

不均匀环境中二聚体微纳米马达的动力学性质

主要研究燃料不均匀环境中的二聚体微纳米马达的动力学性质。采用混合的分子动力学和多粒子碰撞动力学(Molecular Dynamics-Multi-Particle Collision Dynamics,MD-MPC)方法进行系统建模,并通过计算机模拟仿真二聚体微纳米马达在不均匀环境中的自驱动和群集现象。研究表明,在燃料富集区域,微纳米马达展现自驱动行为,显示较高的活性运动。并且,在速度较高的区域,不同于其他类型的马达,化学能驱动的微纳米马达反而呈群集现象,使得马达群体在不均匀环境中表现出有趣的相分离现象,即高速运动燃料区的团簇集群和非燃料区呈分散状态。

首个DNA材料制成的纳米马达面世

德国科学家在最新一期《自然》杂志上发表论文称,他们首次成功地使用DNA折叠法制造出了一款分子马达。这种由遗传物质制成的新型纳米马达可以自我组装并将电能转换为动能,可以开关,还能通过施加电场来控制其转速和旋转方向,未来有望用于驱动化学反应。汽车、钻机等机器内的马达能帮人们完成日常生活中的各种任务,人体内也有天然分子马达在执行重要任务,如一种被称为ATP合成酶的马达蛋白产生三磷酸腺苷(ATP)分子,供人体短期储存和传递能量。

英设计出以电子风为动力的纳米马达

据媒体报道,英国的理论物理学家设计出一款纳米马达,以一种新奇的机制一电子风来运行。据介绍。

世界最小的纳米马达

美国科学家用碳纳米管造出了世界上最小的电动机，它的尺寸比头发丝的粗细还要小2000倍，能够在电压驱动下转动。这种分子电动机是美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家设计的。研究人员在7月24日出版的英国《自然》杂志上报告说，电动机的旋转叶片是一片金叶，其长度为300纳米；叶片安装在一根由多层碳纳米管做成的转轴上。

美国科研成果:光子驱动“纳米马达”太阳能利用提高到25%

近日，国际学术期刊《纳米通讯》在线报道了一种新型的由光子驱动的“分子纳米马达”。这种单分子马达将光能高效地转变成机械力，不仅能将光能的利用率从过去的10％提高到25％以上，还没有人们所忧虑的在其过程中所产生的环境污染问题。据介绍，分子马达可以为未来的纳米器件提供一种能量源泉。如果要实现纳米机器的设想。提供能量的动力系统是个关键部分，即使工艺再精致，人们也不可能制作出纳米数量级的机械动力系统，所以科学家们寄希望于分子马达可以为纳米机器提供动力。

纳米马达的驱动原理及其应用

压电晶体当施加电压时,则在纳米范围产生延伸,并因此构成极其精密的定位基础。然而,它的缺点是行程有限,最多只不过几微米。如果人们想在毫米范围定位。

复旦大学科学家纳米马达研究获新进展

复旦大学科学家在纳米马达研究中获重要进展．以王志松教授为负责人的复旦大学现代物理研究所分子纳米研究组发现了纳米马达自主运动的分子机制，为发展一大类性能先进的新型纳米马达打开了通路，近日，相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上。

纳米马达研究获新进展

复旦大学科学家在纳米马达研究中获重要进展。以王志松教授为负责人的复旦大学现代物理研究所分子纳米研究组发现了纳米马达自主运动的分子机制，为发展一大类性能先进的新型纳米马达打开了通路。近日，相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上。