【摘要】：微納米馬達是一種能夠將外界的能量轉換為自身機械能的微納米顆粒,在藥物靶向運輸、環(huán)境監(jiān)測治理、疾病診斷治療等方面具有廣泛的應用前景。其中,超聲波驅動的微納米馬達所需的超聲頻率在人體安全范圍內,在生物醫(yī)學領域有潛在應用價值,近幾年相關研究也逐年增多。超聲波驅動的微納米棒具有較高的運動速度,通過調節(jié)超聲波的頻率和電壓,相應的可以控制馬達的運動狀態(tài)及組裝形態(tài)。超聲驅動的馬達常見的運動形態(tài)有無規(guī)則運動、環(huán)狀自旋運動以及繞馬達自身長軸旋轉。為了能夠實現(xiàn)利用超聲對馬達的靈活操控,我們有必要對超聲驅動的馬達常見的運動形態(tài)做進一步的機理研究。我們用模板輔助電化學沉積的方法制備了長度為2μm、直徑在300 nm的金微米棒。我們發(fā)現(xiàn)棒狀微納米馬達在超聲驅動下會做環(huán)狀自旋運動,并且隨著超聲驅動電壓的升高,金棒做環(huán)狀自旋運動的線速度與角速度均加快,并且線速度、角速度與超聲驅動電壓近似成二次函數(shù)關系;而金棒做環(huán)狀自旋運動的半徑隨驅動電壓的變化則傾向于不變。超聲驅動頻率越接近超聲反應腔的共振頻率,金棒運動的線速度越快,而當驅動頻率超出一定范圍后,金棒則難以維持環(huán)狀自旋運動,傾向于做無規(guī)則運動。在進行超聲驅動微顆粒繞自身軸向旋轉規(guī)律研究中,我們制備了一面鍍有金屬的Si O2小球,通過追蹤小球明暗變化的頻率,我們可以推測出小球旋轉的角速度。發(fā)現(xiàn)隨著超聲驅動電壓升高,小球旋轉角速度加快,角速度與超聲驅動電壓近似成二次關系,超聲驅動頻率越接近超聲反應腔的共振頻率,小球旋轉越快。材料的親疏水性對微納米馬達運動狀態(tài)有很大影響。本文研究了疏水修飾對超聲驅動的馬達運動狀態(tài)的影響,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過疏水修飾后金棒在超聲驅動下的運動速度加快。在實驗中我們還發(fā)現(xiàn)超聲驅動的馬達在特定頻率下會排列組裝成特定的形狀。通過提高溶液中的離子強度,能夠使金微米棒在超聲驅動下排列組裝成一維的鏈狀,并且具有很好的穩(wěn)固性。通過本文的研究,我們闡明了超聲驅動馬達旋轉的機理;通過疏水修飾,提高了馬達在超聲驅動下的運動速度;通過提高離子強度的方法,使微納米馬達在超聲驅動下成功排列組裝成穩(wěn)固的一維鏈狀。本課題為超聲驅動微納米顆粒,在器件的組裝與生物醫(yī)療應用方面打下了基礎。
【圖文】：

有潛在應用價值。由于微納米馬達的潛在界的廣泛興趣。微納米馬達運動之前，早有超聲波廣泛應波檢測技術被廣泛應用在國防、工業(yè)以及受檢者不存在痛苦、損害等副作用，操作查已逐漸成為診斷學領域中非侵入性檢查次數(shù)高于 20000 的聲波，即頻率高于 200超聲波頻率為 2~10 MHz[12]。2012 年，WHz 的超聲頻率下會產(chǎn)生劇烈的運動[1]。如形超聲反應腔中，在底部加超聲后由于反形成一個超聲駐波節(jié)面，在超聲駐波的作，由于馬達前后的形狀非對稱性，產(chǎn)生聲米馬達的運動速度可以通過超聲波的強度向也可以通過嵌入磁性材料得以控制[13]。

曼散射的增強等[20]，可用于制作一些傳感裝置，，藥物輸送以及用于分離和催化的微納米裝置等。在超聲波驅動微納米馬達的實驗中還發(fā)現(xiàn)在特定的超聲波驅動頻率下，微納米馬達相應的會自組裝成特定的形狀，如團簇狀或鏈狀[21]。微納米馬達在超聲作用下運動速度很快，如長度為 3 μm 的金微米棒在超聲驅動下速度能夠達到數(shù)百 μm/s，相比于其他驅動方式速度要快很多，并且微納米馬達的運動對于超聲頻率和電壓的變化響應靈敏，調節(jié)超聲波的操作也比較簡單。能夠在較短時間內實現(xiàn)微納米顆粒的快速動態(tài)自組裝，并且由于超聲波的頻率和電壓容易調控，相應的比較方便調控微納米顆粒的組裝過程。但是在超聲作用下組裝成一維鏈狀的微納米馬達，在改變超聲波頻率或者電壓后，容易松散開來，不能很好的維持組裝結構，因此為了獲得比較穩(wěn)固的一維鏈狀組裝結構需要通過化學方法提高顆粒間的相互作用力，獲得穩(wěn)固的自組裝結構。如圖 1-2 所示在超聲波特定的驅動頻率下微納米金棒會排列成一維鏈狀或者來回快速運動的團簇狀[22]。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1

【參考文獻】

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1 王超;;超聲檢查小常識[J];醫(yī)藥與保健;2012年07期

本文編號：2675888