基于高分子微結(jié)構(gòu)的微米馬達(dá)的研究.pdf

1、在生命系統(tǒng)中，驅(qū)動蛋白等生物微米馬達(dá)能夠?qū)⑺釧TP所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化成其自身的動能，從而實(shí)現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)部對于物質(zhì)的輸運(yùn)。受此啟發(fā)，人們發(fā)展出來了與生物微米馬達(dá)類似的人工微米機(jī)械。它們依靠化學(xué)燃料中的化學(xué)能或者是外場（磁場、電場等）的能量實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)動。這種能夠自主運(yùn)動的微米馬達(dá)在藥物輸運(yùn)、離子檢測、微流控等方面有潛在的應(yīng)用前景。人工微米機(jī)械分為兩種，其中微米馬達(dá)是指自身能夠運(yùn)動的器件，而微米泵指的是能夠驅(qū)動周圍流體運(yùn)動的器件。然而，由于受到

2、構(gòu)造方法的限制，很難對人工微米機(jī)械的形狀和尺寸進(jìn)行調(diào)控，這就阻礙了人們研究人工納米機(jī)械的運(yùn)動行為與其尺寸和形狀的關(guān)系。另外，人們還沒有發(fā)展出具有刺激響應(yīng)性的人工微米馬達(dá)和微米泵?；谝陨峡茖W(xué)問題，本論文以PDMS為模板合成了具有多種形狀和尺寸的聚己內(nèi)酯微米結(jié)構(gòu)，并將其用于人工微米馬達(dá)的研究。另外我們還以水凝膠為基礎(chǔ)構(gòu)造了具有刺激響應(yīng)性質(zhì)的人工微米馬達(dá)和微米泵。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于PDMS模板的改進(jìn)的微轉(zhuǎn)移成型技術(shù)合成各

3、種形狀和尺寸的實(shí)心PCL-Pt微米馬達(dá)。Pt納米粒子在PCL一側(cè)催化過氧化氫產(chǎn)生氧氣氣泡，驅(qū)動馬達(dá)自主運(yùn)動。另外，各種功能性材料（如羅丹明熒光染料和磁響應(yīng)四氧化三鐵粒子）可通過包覆的方法引入到在PCL的微結(jié)構(gòu)當(dāng)中，從而使得到的人工微米馬達(dá)具有多種功能，包括熒光，磁場控制等。我們還發(fā)現(xiàn)微米馬達(dá)的形狀和尺寸會影響其運(yùn)動行為。在此基礎(chǔ)上，我們通過在PDMS模板上引入PVA犧牲層的方法構(gòu)造了空心的杯子狀和凳子狀微米結(jié)構(gòu)。通過在杯子結(jié)構(gòu)的底部引入

4、Pt納米粒子，可以實(shí)現(xiàn)其在溶液中的自主運(yùn)動。更重要的是，在不對人工微米馬達(dá)和微球進(jìn)行任何表面修飾的情況下，依靠空腔就可以在磁場的作用下捕獲、運(yùn)輸和釋放聚己內(nèi)酯微球。另外，凳子狀微米結(jié)構(gòu)對微球的運(yùn)輸還具有一定的尺寸選擇性。因此，我們相信這種方法可以應(yīng)用于多功能人工微米馬達(dá)的構(gòu)造。⑵通過在水凝膠里包覆Triton X-100兩親性表面活性劑的方法，我們合成了具備熱響應(yīng)性的聚異丙基丙烯酰胺水凝膠馬達(dá)和具備酸響應(yīng)性的聚丙烯酸納水凝膠馬達(dá)。在外界