發(fā)布日期：2018-11-21
哈爾濱工業(yè)大學(xué)微系統(tǒng)與微結(jié)構(gòu)制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室賀強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出世界首例雙引擎人造微納米機(jī)器，有望在生物醫(yī)學(xué)、抗腫瘤用藥及環(huán)境檢測(cè)等方面得到廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)成果以“雙氣泡驅(qū)動(dòng)的皮艇”為題，發(fā)表在最新一期《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上，并被選為該期的封面論文。
化學(xué)驅(qū)動(dòng)微納米機(jī)器是能夠?qū)⒅車h(huán)境中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為自身機(jī)械運(yùn)動(dòng)的微納米系統(tǒng)，是當(dāng)前涉及材料、機(jī)器人、物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的交叉科學(xué)研究熱點(diǎn)。如何像企鵝在水中游動(dòng)那樣，模擬出自然界中普遍存在的雙引擎動(dòng)力模式，繼而人工合成出雙引擎驅(qū)動(dòng)的微納米機(jī)器？賀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)通過化學(xué)水熱合成法制備出了類似啞鈴狀的中空二氧化錳膠體粒子，能夠催化分解過氧化氫燃料并在粒子腰部產(chǎn)生一對(duì)氧氣泡，實(shí)現(xiàn)了在低雷諾數(shù)下的自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)檫@一運(yùn)動(dòng)方式類似于單槳雙葉的單人皮艇，因此被形象地稱為“膠體皮艇”。由于其啞鈴狀的特殊結(jié)構(gòu)，雙氣泡生長(zhǎng)和釋放產(chǎn)生的反作用力，對(duì)“膠體皮艇”的切向軸（長(zhǎng)軸）和徑向軸（短軸）均有凈力的產(chǎn)生，前者為其運(yùn)動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)力，而后者影響其運(yùn)動(dòng)方向。
經(jīng)過對(duì)雙氣泡的同步或非同步生長(zhǎng)和頻率變化的統(tǒng)計(jì)分析，及其氣泡生長(zhǎng)和釋放過程中周圍流體場(chǎng)變化的模擬，賀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)還建立了基于氣泡生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和微粒子運(yùn)動(dòng)方程的物理模型，闡明了其運(yùn)動(dòng)機(jī)理。
觀察結(jié)果表明，雙氣泡驅(qū)動(dòng)比單氣泡驅(qū)動(dòng)模式具有更高的機(jī)動(dòng)性。專家評(píng)價(jià)指出，這一最新成果對(duì)探索雙引擎微納米機(jī)器的設(shè)計(jì)方法、模仿神奇的自然系統(tǒng)功能，以及對(duì)癌細(xì)胞的識(shí)別、抗腫瘤藥物的輸送和在納米外科手術(shù)等方面，均具有潛在的實(shí)用價(jià)值。（記者衣曉峰）
來源：健康報(bào)
