《聲場驅動的納米馬達的結構特徵及操控技術研究》是依託南京航空航天大學，由蘆小龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：聲場驅動的納米馬達的結構特徵及操控技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蘆小龍
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米尺度下實現作動功能的人造納米馬達在眾多方面有著良好的套用前景，包括：癌症藥物的定向供給；以細胞為對象的微尺度手術；納米尺度的裝配和加工等。與其他類型的人造納米馬達相比，聲場驅動的納米馬達具有無電磁干擾、生物兼容性高、可控性能良好等特點。因此，本項目在壓電作動器的設計及套用、多物理場耦合作用分析以及超聲微納操控的基礎上，以實現納米馬達直線運動的精確控制為目標，擬提出一種聲場驅動的納米馬達的結構最佳化選擇方法和操控技術。利用基板型壓電作動器在流體中建立聲場，根據聲學流驅動納米物質運動的原理，合理選擇顆粒的結構特徵並調節壓電作動器的激勵信號，實現納米顆粒直線運動的快速性、穩定性和可控性，使特定的納米顆粒具備馬達的基本作動功能。通過開展此項研究，有助於拓展納米馬達的套用場合和提高其使用壽命和作動能力，為進一步開展納米馬達驅動負載的研究和實現納米組裝、藥物靶向供給等實際套用奠定基礎。
結題摘要
聲場驅動的納米馬達具有無電磁干擾、生物兼容性高、可控性能良好等特點。本項目在壓電作動器的設計及套用、多物理場耦合作用分析以及超聲微納操控的基礎上，以實現納米馬達的運動精確控制為目標，提出了一種聲場驅動的納米馬達的結構最佳化選擇方法和操控技術。綜合運用理論計算和試驗研究的方式，從運行機理、結構設計、試驗研究和潛在套用四個方面開展工作，已取得的研究成果包括：（1）根據聲流場計算理論，運用有限元仿真技術，建立了特定模式聲流場的建模與分析方法，揭示了微結構附近的聲流場分布和振動參數的影響規律；（2）運用結構拓撲最佳化設計的方法，開展了高性能聲學換能器件的研究，為探討結構設計對聲操控平台性能的影響規律奠定了基礎；（3）製備了不同類型微納馬達，研究了其在聲流場中的運動規律，結合微結構引起的局部聲流場，對微納馬達進行了定向操控試驗研究，並利用生物細胞開展了生物兼容性研究。已構建的典型聲操控納米馬達優選10微米的微球作為動子，可在微米級直線微結構，圓柱微結構和迷宮型結構周圍實現自主導向運動，最高運轉線速度可達75微米每秒。綜上所述，本研究在力學模型分析、納米馬達製備、聲操控平台設計、試驗觀測平台搭建和生物兼容性試驗方面取得了一定的成果，相關結果將有助於拓展納米馬達的套用場合和提高其使用壽命以及作動能力，為進一步開展納米馬達驅動負載的研究和實現納米組裝、藥物靶向供給等實際套用奠定了基礎。
