镁基阴阳型微机器的制备及其运动行为研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jkenclly
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微纳米马达是能够将周围的化学能或者其他形式的能量转化为自身运动的微纳米尺度的器件,生物可降解的微纳米马达由于其体积小、功能多,广泛应用于生物医疗领域。合成的微纳米马达可以通过外场驱动和化学驱动,其中外场驱动包括磁场、电场、光、以及超声驱动,这些外场的驱动方式在体外应用简单便捷,但是不适用于生物体内的医学应用。早期的化学驱动的微纳米马达依靠贵金属催化剂(主要是铂)与过氧化氢反应生成氧气泡或不对称的化学梯度作为驱动机理。然而,过氧化物具有强氧化性并且有相当大的毒性。因此,过氧化氢作为燃料的驱动极大地阻碍了化学驱动微纳米马达的生物医学实际应用,因而用生物友好型燃料驱动微纳米马达最近几年受到了研究者们极大的关注。本论文用生物可降解的聚电解质端羧基聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)不对称的包覆在镁的表面来制备镁基阴阳型微马达,通过扫描电子显微镜表征镁基阴阳型微马达的表面结构、形貌以及元素组成。由于其结构的不对称性,在胃的酸性环境中镁基阴阳型微马达的开口处通过反应产生氢气泡进行自驱动运动。反应后释放的镁离子可以提供人体所需的微量营养素,在不同的p H以及不同浓度表面活性剂的条件下观察并且统计分析镁基阴阳型微马达的运动行为。完全可生物降解的镁基阴阳型微泵是将镁基阴阳型微马达固定在基底上后制得的,镁基阴阳型微泵的开孔直径取决于作为内芯的镁微粒的直径。由于其具有不对称性的结构,在接近胃液的酸性环境中镁基阴阳型微泵的开口处通过反应产生氢气泡,氢气泡的生长、释放以及扩散会使周围示踪粒子发生运动。泵的动力效果不仅取决于周围的p H值环境,并且很大程度上还取决于周围表面活性剂的浓度。在临界胶束浓度附近时,由于气泡产生稳定,镁基微泵的动力可使示踪粒子的运动速度达到90μm/s。示踪粒子的运动方向主要取决于气泡相位,气泡在生长过程中缓慢地推动示踪粒子发生微小位移,当气泡释放的瞬间,产生的动力可以将示踪粒子迅速泵入发生较大的位移。综上所述,本论文实现了对具有生物可降解性的镁基阴阳型微马达和镁基阴阳型微泵的构筑与研究,对微纳米马达在生物医学应用方面,尤其是在治疗胃病相关的生物医学研究提供了新的研究思路。
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