人工纳米马达的设计制作及其化学生物传感应用

An artificial nanomotor is a man-made nanometer-sized system or device which can transfer chemical energy to mechanical one via catalytic reactions. Since its birth in 2002, it has been shown a versatile potentiality in micro flow control, controlled drug delivery and other forms of nanomedicine, mobile chemical and bio-sensors, self-assembled complex nano architectures, and advanced forms of micro and nano electronics. As the research in this field has just started, there exists many issues to be further studied. In this program, the design, the fabrication, the mechanism of powering, the new fuel,functional modification and application to chemical and bio-sensing will be studied. It is expected to find out the real powering mechanism, design nanomotors with new kind of fuel, explore chemical and bio-sensing systems based on the mobility of nanomotors.And it is also expected to apply for 2-3 invention patents, publish 8-10 articles of a more influential papers in international academic journals.

人工纳米马达在这里指的是经过人工设计制作的一种能将化学能经过催化反应转化为机械能的纳米级系统或器件。自其诞生十年来，已经显出了它非凡的微流控输运能力和在可控药物释放、纳米医学、化学生物传感、复杂自组装纳米结构以及先进微纳电子技术等方面的巨大应用潜力。由于该领域研究刚刚起步，还有许多问题需要进一步研究。本项目拟在人工纳米马达的设计制作、动力驱动机制、新型燃料、功能化修饰、化学生物传感应用等方面开展研究。进一步搞清其动力驱动机制、设计出使用新型燃料的纳米马达，探索制作出基于纳米马达运动的化学生物传感系统。拟申请发明专利2-3项，在国际学术期刊上发表较有影响力的学术论文8-10篇。

工具的使用可以追溯到人类历史记录的开始，它代表着人类历史演化的重要进程。机器作为一项工具可以利用能量来完成多项工作。有史以来，人们已经发明了很多工具用来改造世界。实际上，机器不仅仅是人类的专属设计，生物马达早已演变了数百万年，它们可以在生物体内完成更加复杂和精细的任务。生物马达的卓越性能激发了科学家们创造人工纳米(微米)机器的兴趣。纳米（微米）马达是实现马达应用化的基石，它是一种将能量转为运动和力的纳米（微米）尺寸级的设备。然而，由于受到液体中各项的力和布朗运动的影响，我们很难在很小的范围内驱动马达，所以找到一种合适的驱动方式是一件很让人兴奋的事情。本项目的研究重点是合成和制备不同的马达，提出新的驱动燃料和驱动方式，以及拓展纳米（微米）马达在生物传感的应用。. 项目中基于双极电化学原理，以碳纤维（CF）为基底，设计并制备了三种分段式微米马达：催化过氧化氢产气运动的Pt-CF棒状马达、利用磁控的Ni-CF棒状马达，此外在Au-CF的Au端修饰过氧化氢酶（CAT），构建了一种CAT/Au-CF酶动力微米马达。利用双极电极的无线连接的优势，设计和制备了六种不同角度的折线通道，成功将铜双极马达游动于折线通道中。利用气相蒸发喷镀设计制作了Cu-Zn球状酸消解马达和Au-Fe/Ni/（Mo/Co）催化产气马达。利用模板沉积法原理设计制作了Au-Fe/Ni棒状马达，Au-Pt双层筒状马达，Au-Pt双层飞机状马达。本项目针对不同的马达设计思路，探索研究了马达的制备条件，制作了相应的实验装置，对其进行了形貌表征以及成分分析。并对马达的运动速率、运动方式、运动控制及运动机制做了研究。此外还探究了上述各种自驱动纳米（微米）马达的运动机理以及酶驱动马达的重金属传感应用。