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    上海應物所在納米馬達研究方麵取得進展

    發布日期:2017-02-23

    近期,中國科學院上海應用物理研究所物理生物學研究室樊春海、李迪團隊的研究人員發現了一種新的等離子體納米馬達驅動方式。相關工作Catalysis-driven Self-Thermophoresis of Janus Plasmonic Nanomotors 在線發表於《德國應用化學》(Angew.Chem. Int. Ed. DOI:10.1002/anie.201609121)。

    自驅動生物馬達廣泛存在於生物體中,利用自驅動克服布朗運動的阻力,進而高效地行使特定的生物學功能。受生物馬達的啟發,自驅動人工納米馬達的設計一直備受研究者關注。自驅動納米馬達能夠對特定的刺激信號產生響應,並以可控的速率和方向運動,有可能用於生物流體中的藥物輸運與靶向。

    在研究員李迪指導下,博士研究生秦為為和彭天歡在該工作中構建了一種新型“兩麵神”(Janus)等離子體納米馬達,該納米馬達具有優異的催化及局域等離子體光學性質。上海交通大學教授任吉存課題組搭建的共振光散射相關光譜(RLSCS)為研究催化反應條件下納米馬達的擴散行為提供了有力手段。研究表明,納米馬達催化Fe(CN)63-和S2O32-之間的氧化還原反應放出的熱量,可以在納米粒子的催化麵與水溶液界麵上產生不對稱的溫度梯度,引起納米馬達的自熱泳,從而驅動馬達運動。

    作者係統研究這種自熱泳納米馬達的運動方向、驅動力與化學反應熱之間的關係。從描述布朗顆粒運動的郎之萬方程出發,建立納米馬達擴散運動的隨機模型,推導出納米馬達擴散係數與化學反應速度之間的關係。

    這種化學反應熱驅動的納米馬達,可以把底物的化學能轉化為馬達運動的機械能,而且能夠通過調節底物濃度以及催化劑的性質實現對馬達運動速率的精確控製,因而在智能納米機器人等研製方麵具有很好的應用前景。

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