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《哈尔滨工业大学》 2018年
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超声驱动液态金属纳米马达的制备及运动控制研究

李泽生  
【摘要】:近年来,人造微纳米马达及其应用的研究成为引人注目的研究热点。本课题结合人造微纳米马达与镓基液态金属,合成液态金属纳米马达,并采用超声场作为动力来源驱动马达运动,分析纳米马达的运动行为与运动原理。镓基液态金属具有低熔点、高沸点、无蒸气压、高生物相容性等特点。本课题采用超声辅助的物理分散方法,制备了不同粒径的液态金属纳米球,视采用的条件不同,平均粒径分布在40 nm到200 nm区间内。除纳米球外,还通过长时间的超声破碎制备了镓铟合金纳米棒,纳米棒的平均直径100 nm,平均长度780 nm。该纳米棒由Ga OOH壳层与液态金属内核两部分构成。超声破碎时间、功率等变量均与粒子平均粒径相关,而超声破碎时间与醇-水体系混合溶剂中水占比通过影响氧化效果与纳米棒的生成正相关。采用MHz级别的超声波驱动液态金属纳米马达的运动,发现与对称的镓纳米球和Si O2微球相比,具有形状不对称性的镓铟合金纳米棒对超声场有良好的响应性,其在超声场中的运动速度最快能达到每秒50个身长,超越了大部分低雷诺数下的天然马达,比如细菌。同时,观察了超声驱动下镓铟合金纳米马达的群体聚集行为,通过开启和关闭超声场,可以控制聚集体形成和散开;通过调节超声场的频率,可以调整聚集体的聚集位置,即调整聚集体的运动方向。针对液态金属的光致发光(PL)效应和生物膜伪装纳米马达两方面,对液态金属纳米马达的生物应用进行了简单探索。利用镓铟合金纳米马达的PL效应成功标记并观察了癌细胞。制备了搭载阿霉素的磷脂膜伪装液态金属纳米马达,磷脂膜伪装对纳米马达的运动性能无明显负面效果,纳米马达在包覆磷脂膜后运动速度仍能达到37μm/s。表明超声驱动的液态金属纳米马达具有良好的生物应用前景。综上所述,本论文提出采用高能量超声处理方法制备液态金属纳米马达,并实现通过改变施加的低能量超声场的频率、振幅等变量,改变聚集体的移动速率、聚集形态等,并验证液态金属纳米马达在标记细胞与载药运输方面的应用前景。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB383.1

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