《生物醫用納米馬達製備和運動機理及控制方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由張廣玉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：生物醫用納米馬達製備和運動機理及控制方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張廣玉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著科技的發展，為滿足國防、生物、醫療領域的迫切需求，納機電系統的研究越來越受到重視，並取得了重大進展。作為納機電系統中核心的動力結構-納米馬達是納機電系統研究的重要方向。但對納米馬達的研究尚處在起步階段，其運動機理、控制方法、工作環境等關鍵問題還沒有得到很好的解決，研究還處在實驗階段，距離實際套用還有很大差距。本項目以金屬納米馬達為研究對象，通過仿真研究和實驗驗證相結合的方式，研究納米馬達運動的普遍性機理；製備生物醫用的新型納米馬達；揭示磁場、電場、溫度、光、化學濃度等因素對納米線運動的影響規律；剖析多納米線運動過程中的相互作用機理，提出一種最佳化的多控制參數的複合納米線運動控制方法；實現醫用納米線的既定軌跡運動及貨物的裝卸。通過系統深入的研究，為納米線的套用研究提供理論基礎和技術支持，填補國內研究領域的空白，具有重大的理論意義和套用價。
結題摘要
納米馬達是一種能夠將介質中其它形式的能量轉化為自身前進的動力的微納米裝置。本項目旨在設計並製備出一系列化學驅動或外場驅動的人工合成微納米馬達，並通過理論計算、仿真分析和實驗研究相結合的方法研究自驅動微納米馬達的運動規律及控制方法，為實現納米馬達在生物領域的具體套用研究奠定基礎。研究內容主要包括以下三個方面：在理論方面，建立了一種新型的氣泡驅動微噴管馬達在低雷諾數液體中運動時的流體動力學模型，研究了微噴管馬達運動阻力的影響因素，以及結構形狀對馬達運動速度的影響規律；在仿真方面，針對現有的雙金屬納米線馬達和雙面球微米馬達，分別建立了雙納米線馬達以及雙納米球馬達的分子動力學模型，並利用該模型研究了溫度、溶劑溶度和馬達幾何參數對馬達運動規律的影響；在實驗研究方面，通過模板電沉積方法與自組裝技術相結合，實現了錐管納米馬達的增速以及紅細胞膜偽裝納米馬達清除人體毒素的生物醫學套用；同時通過低滲包裹的方法製備了具有裝載能力的天然紅細胞馬達，解決納米馬達在生物體內的生物兼容性問題，並進一步研究了微納馬達在介質環境中的運動規律與運動控制方法。項目的研究成果發表在Soft Matter, Applied Physics Letters, ECS Journal of Solid State Science and Technology, Journal of Applied Physics等微納系統國際頂級期刊上，共發表學術論文12篇（其中SCI檢索5篇，EI 11篇），參加國際學術會議7次，獲得2015年美國機械工程學會ASME-IDETC/CIE “最佳論文獎”1次。培養博士5名，碩士3名，已畢業研究生4名，培養學士2名，已畢業1名。
