[发明专利]一种微纳米马达集群的动态控制方法

说明书

本发明公开了一种微纳米马达集群的动态控制方法。包括以下步骤：将TiO₂微纳米粒子分散于双氧水溶液中，然后置于两块电极基板之间；所述电极基板连接交变电流，在临近电极基板表面处形成TiO2微纳米马达集群，并通过调节交变电流的电压和频率的大小来控制TiO2微纳米马达集群的形态以及大小；通过控制光照的方向和强弱实现TiO₂微纳米粒子集群的驱动。本发明克服现有技术对微纳米马达集群控制方法和功能单一、控制集群运动行为存在局限性的问题，提供一种对微纳米马达集群形态的动态可控，且对其运动行为能实现高时空分辨率控制的方法。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种微纳米马达集群的动态控制方法。

背景技术

微纳米马达是将其他能量转化为动能，能在液体介质中完成包括药物运输、蛋白质和细胞的分离和环境治理等各种复杂任务在内的微型装置(NanoToday2013,8(5):531-554；ACS Nano 2012,6(7),6122-6132；SoftMatter 2011,7(18),8169-8181)。自2004年开始报道合成微纳米马达以来，微纳米马达在机理研究和发展应用领域已经取得了许多重大进展(J.Am.Chem.Soc.2004,126,13424-13431)。而与生物体的蛋白质组装类似，将简单的个体微纳米马达单元组装成复杂的“集群”结构是实现微纳米马达的多功能应用的必要条件之一(Accounts ofChemicalResearch,2015,48(7):1938)。WentaoDuan就通过加入或除去NH₃，利用OH-的扩散泳来控制正磷酸银粒子集群的形成或分散(Dissertations&Theses-Gradworks,2015)；Jing Yan利用介电泳，通过改变施加电场的电压以及频率来控制双面神粒子实现链接或集群等行为(Nature Materials,2016,15(10),1095)。从以上研究可以看出，虽然改变化学信号或电信号等单一变量能实现微纳米马达集群化或改变集群形态，但由于控制方法单一，造成其只能实现集群化或改变集群形态等单一功能。为了改善集群的控制条件，Daniel Ahmed利用磁场将顺磁性粒子组装成集群，再利用超声场使集群沿着边界方向发生滚动来控制其方向(Nature Communications,2017,8(1))，但集群只能沿着边界移动也显示出了其控制的局限性。

发明内容

本发明目的是克服现有对微纳米马达集群控制方法和功能单一、控制集群运动行为存在局限性的问题，提供一种对微纳米马达集群形态的动态可控，且对其运动行为能实现高时空分辨率控制的方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种微纳米马达集群的动态控制方法，包括以下步骤：

将TiO₂微纳米粒子分散于双氧水溶液中，然后置于两块电极基板之间；

所述电极基板连接交变电流，在临近电极基板表面处形成TiO₂微纳米马达集群，并通过调节交变电流的电压和频率的大小来控制TiO₂微纳米马达集群的形态以及大小；

通过控制光照的方向和强弱实现TiO₂微纳米粒子集群的驱动。

按上述方案，双氧水溶液中3<pH<5.6。

按上述方案，所述的电极基板为阻抗小于6Ω/cm²的固体介质材料。

按上述方案，所述电极基板为ITO玻璃。

按上述方案，所述交变电场电压在1V-15V之间，频率在50Hz-1MHz之间。

按上述方案，通过调节交变电场电压在2V-11.5V范围内增大，实现TiO₂微纳米马达集群由小到大的控制。