CN102674242A - 一种人造微管的制备方法及其做为微马达的应用 - Google Patents

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吴志光
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一种人造微管的制备方法及其做为微马达的应用，本发明涉及人造微管的制备方法及其应用。本发明是要解决现有的电化学沉积法合成微纳米马达的方法成本高且一次合成数量较小、粒子束喷射法操作要求难度大的技术问题。本方法：一、制备金属催化粒子；二、将聚电解质层层组装至模板的孔中；三、组装金属催化粒子，得到人造微米管。人造微管做为微马达的应用，是将人造微管放入过氧化氢溶液中，其通过催化过氧化氢产生氧气，利用气泡作为推动力，进而实现马达游动作用。本发明操作简单，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成数量多。本发明的人造微管可作为微马达用于医学领域中。

Description

一种人造微管的制备方法及其做为微马达的应用
技术领域
本发明涉及微管的制备方法及其应用。
背景技术
人造的微米尺度的马达是近年来纳米科学的热点领域，微纳米马达是通过催化过氧化氢产生氧气，利用气泡推动自身前行，从而可在含有过氧化氢的溶液中游动的微纳米装置。现有的纳米马达的合成方法有电化学沉积法，粒子束喷射法。但是电化学沉积法合成的微纳米管成本昂贵，难以合成尺度极小的马达，且一次合成数量较小；粒子束喷射法操作要求难度大，且只能制备球状马达，不能制备管状马达。
发明内容
本发明是要解决现有的电化学沉积法合成微纳米马达的方法成本高且一次合成数量较小、粒子束喷射法操作要求难度大的技术问题，而提供一种人造微管的制备方法及其做为微马达的应用。
本发明的一种人造微管的制备方法按以下步骤进行：
一、制备金属催化粒子；
二、以管径为0.2mm～5.0mm的玻璃管为模板，将聚电解质层层组装至模板的孔中，得到微管的骨架；
三、将步骤一制备的金属催化粒子组装到步骤二得到的微管的骨架上，得到人造微管。
上述的人造微管做为微马达的应用，是将人造微管放入过氧化氢溶液中，得到人造管状微马达。
本发明利用具有催化过氧化氢分解氧气的铂或银微米粒子、制备微管的模板，制备微管的人工或天然聚电解质为基本材料，利用层层组装方法，将聚电解质微管与具有催化性能的金属粒子结合制备出人造微管，将人造微管放置入过氧化氢溶液中，人造微管通过其内部的催化粒子分解过氧化氢产生氧气，利用氧气气泡作为马达的推动力，进而实现游动，游动方式可为直线或曲线方式游动。本发明的人造微管的结构示意图如图1所示，其中1为骨架，2为金属催化粒子。该制备方法操作简单，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成数量多等优点。本发明的人造管状微马达游动的原理图如图2所示，其中的▲表示过氧化氢，◎表示气泡。在含有过氧化氢的溶液中，该马达中的金属粒子催化过氧化氢产生氧气作为动力，使微管向前游动，达到微管在含有过氧化氢的溶液中游动的目的。
本发明的制备的人造管状微马达在医学领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的人造管状微马达的结构示意图，其中1为骨架，2为金属催化粒子；
图2是本发明的人造管状微马达游动的原理图，其中的▲表示过氧化氢，◎表示气泡；
图3是试验一制备的人造微管在质量浓度为30％的过氧化氢溶液中的照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的人造微管的制备方法按以下步骤进行：
一、制备金属催化粒子；
二、以管径为0.2mm～5.0mm的玻璃管为模板，将聚电解质层层组装至模板的孔中，得到微管的骨架；
三、将步骤一制备的金属催化粒子组装到步骤二得到的微管的骨架上，得到人造微管。
本实施方式利用具有催化过氧化氢分解氧气的铂或银微米粒子、制备微管的模板，制备微管的人工或天然聚电解质为基本材料，利用层层组装方法，将聚电解质微管与具有催化性能的金属粒子结合制备出人造微管，将人造微管放置入过氧化氢溶液中，人造微管通过其内部的催化粒子分解过氧化氢产生氧气，利用氧气气泡作为马达的推动力，进而实现游动，游动方式可为直线或曲线方式游动。该方法操作简单，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成数量多，该马达通过催化过氧化氢产生氧气作为动力，给予微管动力，从而达到使微管在含有过氧化氢的溶液中游动的目的。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中的金属催化粒子为粒径为3nm～100nm铂粒子、粒径为3nm～100nm银粒子、或者以铂或银粒子为核心包覆柠檬酸或聚二甲基二烯丙基氯化铵的粒径为3nm～100nm的微粒。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中玻璃管的管径为0.5mm～2.0mm。其它与具体实施方式一或二相同。
本实施方式的玻璃管是用拉制的方法制备的。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是聚电解质为聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐、壳聚糖或海藻酸钠。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是本实施方式的人造微管的制备方法按以下步骤进行：
一、先将200～500mL浓度为0.2～60mmol/L的氯铂酸煮沸，再加入10～100mL浓度为0.05％～3％的柠檬酸钠，继续煮沸10～90min，然后冷却至室温，用离子交换层析脱盐，得到铂纳米粒子；
二、组装微管的骨架：a、以管径为0.2mm～5.0mm的玻璃管作为模板，依次用去离子水、丙酮和和异丙醇清洗，再用氮气吹干，得到洁净的模板；b、将模板先投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；接着将模板再投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐溶液中浸泡5小时，取出用去离子水清洗干净，完成一次组装；c、重复步骤b的组装2～10次，得到了组装在模板上的微管的骨架；
三、铂纳米粒子的组装：d、以超纯水为溶剂，将步骤一得到的铂纳米粒子配制成浓度为1～20mg/mL的溶液，得到铂粒子溶液；e、将经步骤二得到的组装了微管的骨架的模板投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；然后再投入到步骤d制备的铂溶液中浸泡2～4小时，再用去离子水清洗；f、重复步骤e的操作3～5次，完成了铂纳米粒子的组装，得到人造微管。
本实施方式步骤一中得到的铂纳米粒子的粒径为3～60nm。
本实施方式的方法以柠檬酸包覆的铂纳米粒子催化剂粒子，以聚电解质为基本材料制备微管。利用层层组装方法，将聚电解质微管与具有催化性能的金属粒子结合制备出人造微管。该制备方法操作简单，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成数量多。在含有过氧化氢的溶液中，该人造微管中的柠檬酸包覆的铂纳米粒子催化过氧化氢产生氧气作为动力，使人造微管向前游动，达到微管在含有过氧化氢的溶液中游动的目的。
具体实施方式六：具体实施方式一至五之一制备的人造微管做为微马达的应用，是将人造微管放入过氧化氢溶液中使用。
将人造微管放置入过氧化氢溶液中，微管通过其内部的催化粒子分解过氧化氢产生氧气，利用氧气气泡作为马达的推动力，进而实现游动，游动方式可为直线或曲线方式游动。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式十不同的是过氧化氢溶液的质量浓度为10％～30％。其它与具体实施方式八相同。
本发明用以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验一的人造微管的制备方法按以下步骤进行：
一、先将300mL浓度为50mmol/L的氯铂酸煮沸，再加入60mL浓度为1％的柠檬酸钠，继续煮沸30min，然后冷却至室温，用离子交换层析脱盐，得到铂纳米粒子；
二、组装微管的骨架：a、以管径为0.2mm～0.5mm的玻璃管作为模板，依次用去离子水、丙酮和和异丙醇清洗，再用氮气吹干，得到洁净的模板；b、将模板先投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；接着将模板再投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐溶液中浸泡5小时，取出用去离子水清洗干净，完成一次组装；c、重复步骤b的组装2～10次，得到了组装在模板上的微管骨架；
三、铂纳米粒子的组装：d、以超纯水为溶剂，将步骤一得到的铂纳米粒子配制成浓度为15mg/mL的溶液，得到铂溶液；e、将经步骤二得到的组装了微管骨架的模板投入到浓度为2mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；然后再投入到步骤d制备的铂溶液中浸泡3小时，再用去离子水清洗；f、重复步骤e的操作5次，完成了铂纳米粒子的组装，得到人造微管。
本试验一制备的人造微管做为微马达的应用，是将人造微管放入质量浓度为30％的过氧化氢溶液中使用。
将人造微管放置入过氧化氢溶液中，微管通过其内部的催化粒子分解过氧化氢产生氧气，利用氧气气泡作为马达的推动力，进而实现游动，游动方式可为直线或曲线方式游动。
人造微管在质量浓度为30％的过氧化氢溶液中的照片如图3所示，从图3可以看出，人造微管通过铂粒子微粒催化过氧化氢生成氧气来为人造管状纳米马达提供前进的动力。

Claims (7)

1.一种人造微管的制备方法，其特征在于人造微管的制备方法按以下步骤进行：
一、制备金属催化粒子；
二、以管径为0.2mm～5.0mm的玻璃管为模板，将聚电解质层层组装至模板的孔中，得到微管的骨架；
三、将步骤一制备的金属催化粒子组装到步骤二得到的微管的骨架上，得到人造微管。
2.根据权利要求1所述的一种人造微管的制备方法，其特征在于步骤一中的金属催化粒子为粒径为3nm～100nm铂粒子、粒径为3nm～100nm银粒子、或者以铂或银粒子为核心包覆柠檬酸或聚二甲基二烯丙基氯化铵的粒径为3nm～100nm的微粒。
3.根据权利要求1所述的一种人造微管的制备方法，其特征在于步骤二中玻璃管的管径为0.5mm～2.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种人造微管的制备方法，其特征在于步骤二中的聚电解质为聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐、壳聚糖或海藻酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种人造微管的制备方法，其特征在于人造微管的制备方法按以下步骤进行：
一、先将200～500mL浓度为0.2～60mmol/L的氯铂酸煮沸，再加入10～100mL浓度为0.05％～3％的柠檬酸钠，继续煮沸10～90min，然后冷却至室温，用离子交换层析脱盐，得到铂纳米粒子；
二、组装微管的骨架：a、以管径为0.2mm～5.0mm的玻璃管作为模板，依次用去离子水、丙酮和和异丙醇清洗，再用氮气吹干，得到洁净的模板；b、将模板先投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；接着将模板再投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐溶液中浸泡5小时，取出用去离子水清洗干净，完成一次组装；c、重复步骤b的组装2～10次，得到了组装在模板上的微管的骨架；
三、铂纳米粒子的组装：d、以超纯水为溶剂，将步骤一得到的铂纳米粒子配制成浓度为1～20mg/mL的溶液，得到铂粒子溶液；e、将经步骤二得到的组装了微管的骨架的模板投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；然后再投入到步骤d制备的铂溶液中浸泡2～4小时，再用去离子水清洗；f、重复步骤e的操作3～5次，完成了铂纳米粒子的组装，得到人造微管。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的人造微管做为微马达的应用，其特征在于将人造微管放入过氧化氢溶液中使用。
7.根据权利要求6所述的人造微管做为微马达的应用，其特征在于过氧化氢溶液的质量浓度为10％～30％。
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