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花生状柔性胶体马达的可控制备及磁驱动运动行为研究

摘要受自然界中生物的柔性运动方式启发,胶体马达的结构设计也逐渐由传统的刚性结构拓展为灵活可变的柔性结构。与具有刚性结构的胶体马达不同,依靠自身弯曲或形变而进行运动的柔性胶体马达凭借其自由度较高等独特优势,表现出了不同于以往刚性胶体马达的运动机制,较大程度地拓展了胶体马达的应用前景,并提高其在复杂环境下执行功能化任务的能力。但由于受到自身尺寸的限制,胶体马达的可控运动设计及其运动控制一直是研究的难点。在众多驱动方式中,磁驱动作为一种外源能量输入的操纵方式,并不会产生生物毒性,同时又可通过改变线圈电流大小、频率、相位调整磁场强度及方向等参数对胶体马达的运动行为进行有效控制,可作为实现花生状柔性胶体马达可控磁驱动的理想选择。<br>  本论文依次采用水热法、层层自组装法以及酸刻蚀法等多种制备方法结合,成功构建了磁驱动花生状柔性胶体马达体系。使用多种表征手段对马达性质进行分析,还对马达粒径分布进行数学统计,并结合化学结构分析对所制备胶体马达的形貌及性质进行了初步的表征及验证。然后采用控制变量法对不同形状粒子对后续形成的花生状胶体马达的影响进行探究。研究结果表明,基于0.8mol/L硫酸钠溶液,老化11d粒子,将粒子使用3mg/mL聚多巴胺(PDA)成膜,使用3mol/L盐酸刻蚀可得到最优的花生状柔性胶体马达。<br>  基于高分子膜包裹双磁性球的结构基础,进一步探究了膜的灵活性以及磁性球在磁场下的磁响应机制。通过调整磁场方向、磁场强度、磁场频率及预设磁场类型等参数,探究花生状柔性胶体马达的个体运动行为并记录。结果显示,磁驱动花生状胶体马达在锥形磁场中,随着磁场频率的增加花生状柔性胶体马达的运动速度呈现出先上升后下降的趋势,花生状柔性胶体马达的横向摆动幅度逐渐降低,运动形态从摆动运动逐渐变为翻滚运动。磁驱动花生状胶体马达在涡旋磁场中,呈现出两种运动,分别为单摆尾运动和异步运动。<br>  综上所述,本文基于水热法等方法制备出磁驱动的花生状柔性胶体马达,系统探究花生状柔性胶体马达的运动行为、运动速率和运动原理,为花生状柔性胶体马达在食品医药中的应用提供新的方向,空腔结构为载药释放展现潜力。

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导师 吴英杰
发布时间 2022-11-11(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)
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