四氧化三铁荧光微纳马达的微乳液法制备和运动控制研究

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近几十年来,球形聚合物微粒的制备研究是高分子科学中一个经典研究领域,常见的制备方法有悬浮聚合、乳液聚合、分散聚合、无皂乳液聚合、种子溶胀聚合等。其中,微乳液法是最常用的球形聚合物微粒制备方法,因具有操作方便、实验装置简单、能耗低等优点,也成为纳米材料研究中应用最广泛的方法。微纳马达凭借着自身具有自驱动和运动可控等诸多优点,吸引了大量科研工作者的关注,微纳马达的研究也成为一个多学科交叉的尖端研究领域。近些年来,微纳马达的驱动方式越来越多样化,如化学燃料驱动、磁驱动、光驱动、超声驱动等。本文将微乳液法和微纳马达相结合,利用微乳液法制备了双氧水驱动磁场导向型微纳马达和磁场驱动型微纳马达,实现了双氧水驱动磁场导向型微纳马达在制备过程中的一步多功能化、在双氧水中的自电泳驱动运动及磁场导向等;在此基础上,利用磁控平台进一步实现了磁场驱动型微纳马达在二维平面内的可控运动,初步探索了磁控马达在生化应用方向的可行性和可能性。本文利用微乳液法制备了双氧水驱动磁场导向型复合荧光微纳马达,以聚苯乙烯的甲苯溶液(包含磁性颗粒和尼罗红荧光染料)作为油相、十二烷基硫酸钠(SDS)溶液作为水相,经过乳化得到聚苯乙烯球,并且探究了剪切机的剪切速度对于聚苯乙烯球粒径的影响规律,及聚苯乙烯球对于尼罗红荧光染料负载率。结果表明,随着剪切机剪切速度的增大,聚苯乙烯球的粒径逐渐变小;尽管聚苯乙烯球粒径不同,但聚苯乙烯球对于尼罗红染料的包载率均在0.39%左右,并且小于0.67%,这为后续微纳马达的载药提供了坚实的数据实验基础和可能。在得到聚苯乙烯球以后,在聚苯乙烯球表面镀上金属铂制成双氧水驱动磁场导向型微纳马达,后续进行了微纳马达在双氧水中的运动观察、微纳马达磁性响应证明及微纳马达在外界磁场作用下运动方向偏转等实验,成功实现了双氧水驱动磁场导向型微纳马达在双氧水分解推动下做近直线运动,平均速度大约为3.2μm/s,然后在垂直方向上施加磁场导向使运动方向发生变化,垂直方向上的平均速度大约为2.3μm/s。由于双氧水具有生物毒性,所以双氧水驱动型马达在很多生物医学场景是不适合的。因此,本文利用微乳液法制备磁场驱动型微纳马达,磁场驱动避免了双氧水的生物毒性,也提高了微纳马达的生物相容性。探究了自电泳微纳马达在不同浓度氯化钠溶液中的运动速率,结果表明,在一定范围内,氯化钠溶液浓度越大,微纳马达的运动速率越小,从而验证了自电泳驱动微纳马达对于离子强度的不免疫性。另外,本文利用磁控平台,实现了磁场驱动型微纳马达在二维平面内的运动操控和细胞运输,也为后续微纳马达在定向载药方面的应用提供了可能性和操作的平台。
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