【摘要】：微納米馬達(dá)是能夠?qū)⒒瘜W(xué)能、磁能、光能、電能等能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)的微納米裝置。微納米馬達(dá)在靶向給藥、毒素清除、生物傳感等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。本論文基于模板法利用天然多糖制備了三種微馬達(dá),通過(guò)在天然多糖微馬達(dá)內(nèi)部裝載催化劑和磁性納米顆粒實(shí)現(xiàn)了微馬達(dá)的驅(qū)動(dòng),并對(duì)微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)行為、運(yùn)動(dòng)機(jī)理、潛在的應(yīng)用進(jìn)行深入研究和討論。利用天然殼聚糖、海藻酸鈉設(shè)計(jì)制備了一種表面修飾有鉑納米顆粒和磁性四氧化三鐵納米顆粒的盤(pán)狀微馬達(dá)。掃描電子顯微鏡、激光共聚焦掃描顯微鏡等表征結(jié)果顯示盤(pán)狀微馬達(dá)的直徑約為5μm、厚度約為40 nm。微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)行為研究結(jié)果表明,通過(guò)調(diào)控外源磁場(chǎng)能夠成功實(shí)現(xiàn)微馬達(dá)在過(guò)氧化氫溶液中運(yùn)動(dòng)方向的可控調(diào)節(jié)。對(duì)微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度與氧氣氣泡之間的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度隨氧氣氣泡的產(chǎn)生、生長(zhǎng)擴(kuò)散呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律。進(jìn)一步研究了盤(pán)狀微馬達(dá)的細(xì)胞運(yùn)輸能力,結(jié)果顯示盤(pán)狀微馬達(dá)可在外加磁場(chǎng)的操控下裝載細(xì)胞,并實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的靶向運(yùn)輸。運(yùn)用層層自組裝技術(shù)和微接觸印刷技術(shù)以天然海藻酸鈉、殼聚糖為材料制備聚合物多層膜,并對(duì)聚合物多層膜的形貌、結(jié)構(gòu)等性能進(jìn)行研究。激光共聚焦掃描顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡表征結(jié)果顯示,制備得到的聚合物多層膜尺度均一、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,聚合物多層膜的厚度約為60 nm。通過(guò)自卷曲的方法制備聚合物管狀微馬達(dá),對(duì)微馬達(dá)的結(jié)構(gòu)、形貌進(jìn)行研究。聚合物管狀微馬達(dá)是由聚合物多層膜單側(cè)卷曲制備得到的。探討了聚合物管狀微馬達(dá)自卷曲機(jī)理,理論模擬結(jié)果顯示微馬達(dá)自卷曲的機(jī)理是應(yīng)力釋放。研究了管狀微馬達(dá)在過(guò)氧化氫溶液中的運(yùn)動(dòng),結(jié)果顯示微馬達(dá)在5%過(guò)氧化氫溶液中的運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)到161μm/s,同時(shí)這些聚合物管狀微馬達(dá)可用于細(xì)胞的搭載應(yīng)用中。由于過(guò)氧化氫燃料的生物不相容性,限制了未來(lái)微馬達(dá)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。為提高人造微納米馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式的生物相容性,制備了一種磁驅(qū)動(dòng)海藻酸鈉水凝膠星狀微馬達(dá)。這種微馬達(dá)不需要消耗化學(xué)燃料,能將磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,繼而實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)。對(duì)水凝膠星狀微馬達(dá)磁場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)行為研究結(jié)果顯示,星狀微馬達(dá)磁場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)形式包括旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)強(qiáng)度為7 m T,頻率為4 Hz時(shí),水凝膠星狀微馬達(dá)的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)速度能達(dá)到17μm/s。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)水凝膠星狀微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度隨磁場(chǎng)頻率的增加呈先上升后下降的規(guī)律。這是因?yàn)橐坏┐艌?chǎng)頻率超過(guò)截止頻率,流體粘滯阻力超過(guò)了最大磁力矩,進(jìn)而導(dǎo)致微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度下降。理論模擬分析結(jié)果顯示,在yz平面上微馬達(dá)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不對(duì)稱(chēng)剪切流導(dǎo)致的不對(duì)稱(chēng)剪切力是星狀微馬達(dá)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力。這種水凝膠星狀微馬達(dá)具有良好的藥物裝載和可控釋放能力,能夠在腫瘤弱酸性環(huán)境中快速釋放內(nèi)部裝載的抗癌藥物阿霉素。生物降解研究結(jié)果顯示,制備得到的微馬達(dá)具有良好的可降解性,能夠被淀粉酶降解。本論文基于生物仿生和可控組裝的設(shè)計(jì)思路,研究制備了三種天然多糖基微馬達(dá)。這些微馬達(dá)具有良好的運(yùn)動(dòng)能力和裝載能力,具有應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛能。
【圖文】：

圖 1-1 微納米馬達(dá)的組裝方法示意圖[34]Fig. 1-1 Schematic illustration of the assembly of Micro-/nanomotors[34]了滿(mǎn)足未來(lái)各種應(yīng)用的需求，大量生產(chǎn)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多種功能

1-2 化學(xué)催化氣泡驅(qū)動(dòng)的陰陽(yáng)型聚電解質(zhì)膠囊馬達(dá)nomous movement of controllable assembled Janus cap裝膠囊，通過(guò)納米多孔模板輔助的層層組裝也米馬達(dá)。由于氣泡驅(qū)動(dòng)造成的反沖力，這些管火箭。He 等人首先設(shè)計(jì)并制備了自驅(qū)動(dòng)的聚火箭由兩種生物可降解的帶有相反電荷的天然聚糖和負(fù)電性的海藻酸鹽，這兩種多糖分別被在碳酸脂膜的孔道中引入聚二甲基二烯丙基氯米火箭組裝制備時(shí)所用的多孔模板孔道是不對(duì)致了最終層層組裝的納米管具有不對(duì)稱(chēng)的錐形方便。這種圓錐形納米火箭兩個(gè)開(kāi)口端的直徑向著開(kāi)口較大的一端運(yùn)動(dòng)并最終在這一側(cè)管口達(dá)到 74 m/s（10 bl/s），通過(guò)觀(guān)察分析釋放的四種典型的運(yùn)動(dòng)方式，包括直線(xiàn)型，曲線(xiàn)形，
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O636.1;TB383.1

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本文編號(hào)：2680456