超聲驅動管狀微納米馬達的可控組裝及自驅動機理研究

《超聲驅動管狀微納米馬達的可控組裝及自驅動機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由吳志光擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超聲驅動管狀微納米馬達的可控組裝及自驅動機理研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳志光

項目摘要

人造微納米馬達因其在生物醫學等領域的潛在套用價值成為了微納米科學的熱點問題。受自然界生物馬達啟發，人們提出了多種基於添加燃料的化學能驅動微納米馬達，然而化學燃料對生命體的傷害限制了微納米馬達在生物醫學領域的套用。在本項目中，申請人結合自己長期從事運用可控組裝技術構築管狀聚合物多層微納米馬達研究以及超聲驅動納米線馬達研究作為基礎，研究超聲驅動管狀微納米馬達的可控組裝、超聲運動行為、超聲驅動機理、控制馬達運動的方法以及馬達在藥物運輸領域的套用。運用模板結合層層組裝等技術進行管狀微納米馬達的可控組裝；分析管狀微納米馬達的超聲運動行為以及影響馬達運動的因素；運用仿真模擬剖析超聲引發的馬達內氣泡振動，闡明管狀馬達的超聲驅動機理；提出操作超聲開關和外源磁場等方式來控制馬達的運動行為；探索管狀馬達在藥物輸運中的套用。這種無需燃料的超聲驅動管狀馬達在生物醫學領域的實際套用提供理論基礎和技術支持。

結題摘要

微納米馬達是指能夠將環境中存儲的化學能或聲、光、電、磁等外物理場能量轉化為自身機械運動的納米粒子。本項目旨在基於可控組裝技術構築超聲或其他外場驅動的微納米馬達，並結合系統實驗與計算模擬研究驅動微納米馬達的運動規律及控制方法，探索微納米馬達在生物醫學領域的套用。研究內容主要包括以下三個方面：在構築方面，基於模板結合可控組裝技術實現聚合物納米管的大批量構築；在運動研究方面，實現了外源超聲場驅動納米馬達的遊動，並通過調控外源超聲場參數實現納米馬達運動行為的控制；在生物醫學方面，實現了納米馬達對單細胞膜打孔，結合理論與實驗給出了納米馬達細胞膜打孔的關鍵因素，分析了外源超聲場參數、納米馬達管壁厚度預計聚電解質層數對細胞膜機械的影響規律；藉助細胞膜偽裝和血紅蛋白包裹技術實現了納米機器在生物流體中氧遞送；在納米馬達之間相互作用方面，分析不同密度納米馬達的運動行為，運用聚合物高分子刷實現納米馬達集群的湧現，實現了類似細菌一樣的納米馬達集群的趨化運動。項目的研究成果發表在Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, ACS Applied Materials & Interfaces,等膠體界面科學國際頂級期刊上，共發表SCI論文7篇，參加國際學術會議5次（含一次邀請報告），獲得2019年中國機器人大會“十佳海報獎”1次。入選麻省理工科技評論“中國35位35歲以下科技創新人才”，2019十大科技新銳卓越影響獎。培養博士1名，碩士2名。