仿生自驅動陰陽二氧化硅納米馬達.pdf

1、人工合成微納米馬達可進行包含轉動、翻滾、線性運動等多種形式的自發(fā)性運動。當較多的微納米馬達出現(xiàn)在同一區(qū)域內時，還會表現(xiàn)出有規(guī)律性的聚集行為。人工合成微納米馬達通常是由微納米粒子所構成的，其經(jīng)過特定的生化修飾與功能化后可實現(xiàn)各種潛在的應用。目前，在微納米馬達研究中，從其粒徑分布上看，主要集中在微米級別和亞微米級的水平上，而對于粒徑在100 nm以下的納米馬達的相關研究比較少。這主要是受制備技術和觀察手段的制約。本論文主要圍繞粒徑在100

2、nm以下的自驅動納米馬達的制備、觀察、驅動機理、功能化和潛在應用等方面展開研究。
　　通過金屬物理氣相沉積法制備了直徑約為75 nm的氣泡驅動陰陽型鉑功能化的介孔二氧化硅納米馬達。納米馬達置于含有過氧化氫的水溶液中時，將通過自身的金屬鉑層催化分解過氧化氫產生氧氣，以氧氣泡作為反沖的動力來驅動納米馬達的運動。借助超高分辨熒光顯微技術，在寬場模式下實現(xiàn)了對納米馬達運動的記錄與分析，研究發(fā)現(xiàn)過氧化氫的體積濃度和微環(huán)境溫度的升高均有助于提

3、高納米馬達的運動速度，最大運動速度可達20.2μm/s。通過運用流體力學中的擴散系數(shù)概念研究了納米馬達進行布朗運動和自驅動運動的情況，結果表明納米馬達在氣泡驅動時的擴散系數(shù)顯著大于布朗運動的數(shù)值，納米馬達可以克服布朗運動進行有效的自驅動運動。此外，自驅動納米馬達有助于增加細胞對外源運輸載體的拾取量，而經(jīng)過磷脂膜修飾的納米馬達可用于體外抗腫瘤藥物的封裝、運輸與釋放。
　　氣泡驅動的陰陽型納米馬達與大多數(shù)微納米馬達類似，需要依賴化學燃

4、料進行驅動。為了避免使用具有生物毒性的化學驅動燃料，制備出了可在近紅外光照射下進行自熱泳運動的陰陽型金功能化的介孔二氧化硅納米馬達，該納米馬達的運動無需任何化學燃料的參與。在不同功率密度的近紅外光照射下，實現(xiàn)了納米馬達運動狀態(tài)的啟停以及運動速度的調控，最大速度可達41μm/s。通過計算納米馬達的光驅動活性和均方根位移研究了納米馬達的運動機制，結果表明近紅外光驅動納米馬達可有效地克服布朗運動而進行自驅動。此外，光驅動納米馬達對于近紅外光的

5、接收和熱轉換有一個閾值，即當近紅外光的功率密度達到60.36 W/cm2時，進一步增加近紅外光的功率密度不再有助于納米馬達運動速度的提高。
　　為了增強光驅動陰陽介孔二氧化硅納米馬達的生物相容性，并構建具有仿生功能的光驅動納米馬達，首先開展了巨噬細胞膜偽裝納米粒子的制備與性質研究。將一種免疫細胞—巨噬細胞的外膜通過低滲裂解和超速梯度離心的方法進行了分離和純化，隨后通過機械擠出法將巨噬細胞膜在介孔二氧化硅納米粒子的表面進行重構，獲得

6、了巨噬細胞膜偽裝的介孔二氧化硅納米粒子，有效地降低了被機體免疫系統(tǒng)清除的幾率，實現(xiàn)了在生物體內的長時間循環(huán)。納米粒子借助巨噬細胞膜上的特異性識別單元（蛋白質、多糖、脂類等）有效地提高了在生物體內病變部位的富集量，增強了藥物靶向運輸?shù)男省?br>　　在細胞膜分離重構技術和光驅動納米馬達研究的基礎上，構建出巨噬細胞膜偽裝的光驅動陰陽介孔二氧化硅納米馬達。巨噬細胞膜不僅能起到偽裝作用，還兼?zhèn)淞松锓牢酆涂刮焦δ埽?jīng)過細胞膜偽裝的納米馬達可