生物技术微/纳米马达的运动机理

来源: 发布时间：2014-10-27  

　　微/纳米马达的运动机理。
　　微/纳米马达的运动主要基于能和外场能驱动。能驱动运动的机理主要是基于微/纳米马达表面的催化层对燃料分子的分解，产生气体，推动马达运动；而外场能驱动主要是通过磁场或超声波等外能场来驱动微/纳米马达的运动。
　　能驱动。
　　在能驱动中常用的燃料分子为H2O2，其驱动原理是微/纳米马达表面的催化层，如金属Pt、过氧化氢酶等，催化H2O2分子分解而推动马达的运动。在2004年，课题组发现Au-Pt双金属纳米线在2%-3%H2O2的溶液中可进行自主运动，其运动速度可达10μm/s，马达的轴向驱动力可达10-14N。对这种现象，有很多种理论解释，其中主流的理论是纳米线通过本身的自主电泳效应进行运动;在H2O2溶液里，纳米线的Au端可以同时产生过氧化氢的两电子还原和氧气的四电子还原反应，而其Pt端可以进行过氧化氢到氧气的氧化反应，由于还原和氧化反应在一根纳米线上同时进行，导致电子在纳米线间从Pt端向Au端迁移而产生电场，此电场可使纳米线产生自主式电泳效应，进而导致其移动。然而，在这种机理下运动的双金属纳米线马达对环境的要求较高，很难进行实际应用，以氧气气泡为推动力的微米管马达应运而生。例如，Gao等结合电沉积和模板生成法制备了外聚合物内金属的双层空心管马达。此类空心管马达的内层一般为Pt，在H2O2的存在下，通过Pt对H2O2的催化分解，产生氧气气泡，驱动马达的运动，其中所制备的聚苯胺/Pt(PANI/Pt、马达的运动速度高可达2800μm/s，同时该马达可在低浓度的H2O2(0.2%、溶液中进行自主运动。另外，利用Pt纳米粒子对H2O2的催化分解作用，通过自组装技术制备了多纳米粒子集合的多功能纳米马达。
　　虽然基于H2O2燃料的微/纳米马达具有很好的运动性能，然而其很难应用于生物体内样品的分析。因此，发展基于生物相容性好的燃料分子的新型能驱动机理成为新的研究趋势。基于活泼金属锌可以在酸溶液中产生氢气的反应，制备了PANI/Zn双层空心管马达，马达的运动速度随着酸浓度的减小而逐渐降低。该PANI/Zn马达在人体胃酸环境中仍保持好的运动特性。此外，利用其他气体生成反应，如金属铱(Ir)催化肼(N2H4)分解产生氮气、氢气和氨的反应，等制备了不对称Ir/SiO2微球马达。该马达在含0.0000001%N2H4的溶液中也可运动。

上一条: 葡萄糖酶传感器发展历程的三个阶段

下一条: 生物传感器在环境监测中的应用