上海应物所在纳米马达研究方面取得进展

2016/12/15 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:

近期,中国科学院上海应用物理研究所物理生物学研究室樊春海、李迪团队的研究人员发现了一种新的等离子体纳米马达驱动方式。相关工作“Catalysis-driven Self-Thermophoresis of Janus Plasmonic Nanomotors”在线发表于《德国应用化学》(Angew.Chem. Int. Ed. DOI:10.1002/anie.201609121)。

自驱动生物马达广泛存在于生物体中,利用自驱动克服布朗运动的阻力,进而高效地行使特定的生物学功能。受生物马达的启发,自驱动人工纳米马达的设计一直备受研究者关注。自驱动纳米马达能够对特定的刺激信号产生响应,并以可控的速率和方向运动,有可能用于生物流体中的药物输运与靶向。

在李迪研究员指导下,博士研究生秦为为和彭天欢在本工作中构建了一种新型“两面神”(Janus)等离子体纳米马达,该纳米马达具有优异的催化及局域等离子体光学性质。上海交通大学任吉存教授课题组搭建的共振光散射相关光谱(RLSCS)为研究催化反应条件下纳米马达的扩散行为提供了有力手段。研究表明,纳米马达催化Fe(CN)63-和S2O32-之间的氧化还原反应放出的热量,可以在纳米粒子的催化面与水溶液界面上产生不对称的温度梯度,引起纳米马达的自热泳,从而驱动马达运动。

作者系统研究这种自热泳纳米马达的运动方向、驱动力与化学反应热之间的关系。从描述布朗颗粒运动的郎之万方程出发,建立纳米马达扩散运动的随机模型,推导出纳米马达扩散系数与化学反应速度之间的关系。 

这种化学反应热驱动的纳米马达,可以把底物的化学能转化为马达运动的机械能,而且能够通过调节底物浓度以及催化剂的性质实现对马达运动速率的精确控制,因而在智能纳米机器人等研制方面具有很好的应用前景。(物理生物学研究室 供稿)

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