CN105309477A - 自推进杀菌微米马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自推进杀菌微米马达，包括镁微球，所述镁微球的表面上覆盖有一层银。本发明以镁微球为基础，利用镁基微米马达镁和水的反应产生推动力，能够在水溶液中的自主运动，实现自推进运动，通过在镁微球的表面沉积银，利用银离子对细菌的抑制作用，能够起到杀菌或抗菌的作用；此外，通过镁微球在水溶液中的自主运动，能够从运动中释放更多的银离子，在较短的时间内杀死更多的细菌，是静态情况下杀死细菌数量的9倍左右，具有更有效的杀菌效率。

Description

自推进杀菌微米马达

技术领域

本发明涉及一种微米马达，尤其涉及一种自推进杀菌微米马达。

背景技术

自推进微米马达是指能够在溶液中实现自主运动的微小物体。它在生物医学等方面有许多潜在的应用前景。这些微米马达是利用将化学能转化成动能的方式实现在溶液中的运动的。其所基于的原理可以是气泡推进或者是表面与界面张力等。所依赖的燃料可以是过氧化氢，酸，溴或碘等。但是这些燃料一般来说是有毒的，因此基于这些燃料的微米马达不适合在生物医学方面的进一步应用。

官建国等人，报道了一种基于铂和镁的微米马达，其是通过在镁的微米球的表面通过热蒸镀的方法蒸镀上一层铂来进行构造，但是构造出来的铂/镁微米马达，并没有杀菌的性质(AngewChemIntEd2013,52,7208)。JosephWang等人，报道了一种基于二氧化钛和镁的微米马达，其是通过在镁的微米球的表面通过热蒸镀的方法蒸镀上一层二氧化钛，来实现的。这种二氧化钛/镁的微米马达只能实现对于孢子的破坏(ACSNano2014,8,11118)。

现有的基于镁的微米马达不能实现杀死细菌的功能。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种自推进杀菌微米马达，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够在溶液中自主运动，并能够杀死细菌的自推进杀菌微米马达。

本发明提出的一种自推进杀菌微米马达，其特征在于：包括镁微球，所述镁微球的表面上覆盖有一层银。

作为本发明的进一步改进所述银蒸镀在所述镁微球表面的局部，所述镁微球表面的其它部分为镁并暴露在外部。

作为本发明的进一步改进，所述镁微球的直径为20-30微米。

作为本发明的进一步改进，所述银的厚度为20纳米。

作为本发明的进一步改进，所述银的纯度为99％。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明以镁微球为基础，利用镁基微米马达镁和水的反应产生推动力，能够在水溶液中的自主运动，实现自推进运动，通过在镁微球的表面沉积银，利用银离子对细菌的抑制作用，能够起到杀菌或抗菌的作用；此外，通过镁微球在水溶液中的自主运动，能够从运动中释放更多的银离子，在较短的时间内杀死更多的细菌，是静态情况下杀死细菌数量的9倍左右，具有更有效的杀菌效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明自推进杀菌微米马达的结构示意图；

图2为本发明自推进杀菌微米马达的电镜图；

图3为本发明自推进杀菌微米马达中银的光谱分析图；

图4为本发明自推进杀菌微米马达中镁的光谱分析图；

图5为本发明自推进杀菌微米马达在水溶液中运动的光学图像；

图6为本发明自推进杀菌微米马达在水溶液中的运动曲线图；

图7为本发明多个自推进杀菌微米马达在中水溶液中运动速率的直方图；

图8为本发明自推进杀菌微米马达在过氧化氢溶液中运动的光学图像；

图9为本发明自推进杀菌微米马达在过氧化氢溶液中的运动曲线图；

图10为本发明多个自推进杀菌微米马达在中过氧化氢溶液中运动速率的直方图；

图11为本发明自推进杀菌微米马达放置到含大肠杆菌的溶液中后活的大肠杆菌的形态图；

图12为本发明自推进杀菌微米马达放置到含大肠杆菌的溶液中后死的大肠杆菌的形态图；

图13为本发明自推进杀菌微米马动态和静态情况下杀菌率的示意图；

图14为本发明自推进杀菌微米马动态和静态情况下，NaHCO₃溶液中银含量的示意图；

图15为本发明各种因素对自推进杀菌微米马达杀菌效率的影响示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例：一种自推进杀菌微米马达，包括镁微球1，所述镁微球的表面上覆盖有一层银2。

所述银蒸镀在所述镁微球表面的局部，所述镁微球表面的其它部分为镁并暴露在外部。

所述镁微球的直径为20-30微米。

所述银的厚度为20纳米。

所述银的纯度为99％。

用热蒸镀法来完成银/镁微米马达制造。镁微球首先放置在玻璃基板上，在镁微球表面沉积20纳米厚的银后，得到银/镁微球结构，再用超声波将其从玻璃基板释放到水溶液中。

利用电镜扫描证实其形貌，如图2所示，微球的表面局部形覆盖有一层薄薄的银，而其余的是暴露的镁，具有两面特征。

通过光谱分析证实这种结构的组成，如图3和图4所示，从元素映射所产生的结构来看，银的信号覆盖大部分的微球的表面，而镁信号集中在微球的底部。

为了实现马达的自主运动，不对称是基础。不对称依赖于结构或成分的差异。这些差异能够使其在合适的燃料中产生单向力，从而实现整个结构的自主运动。

镁是稳定的，由于镁和水的反应产生氢气，能够产生气泡，通过气泡能够推动其运动，如图5所示。每间隔1秒银/镁微米马达自推进的光学图像。

如图6所示，银/镁微米马达的运动轨迹的曲线可以看出是接近线性的运动。通过分析该运动轨迹，速度可大约在83微米/秒。此外，通过测量多个微米马达得到的平均移动速度约为90微米/秒，如图7所示。随着不断的运动和镁材料消耗，银/镁微米马达将最终停止，总的运动时间大约是15分钟，总移动距离约8.1厘米。最终镁全部消耗，微米马达的其余结构是壳薄银。

除了镁与水反应，银能够与过氧化氢反应，分解出水和氧气，氧气产生的气泡能够使其产生自主运动

如图8所示，将银/镁微米马达放到过氧化氢溶液中。由于氧气气泡是在含银表面的一端产生，银/镁微米马达的运动方向与水驱动微米马达运动方向相反。如图9所示，银/镁微米马达的运动轨迹的曲线可以看出是接近线性的运动。运动速度在70微米/秒，通过测量多个微米马达得到的平均移动速度约为67微米/秒，如图10所示。比较微米马达由镁和银驱动的移动速度，分别是90微米/秒和67微米/秒。然而，镁和银的重量分别约为1.4×10^-5毫克和6.9×10^-8毫克，由于镁比银重得多，因此，这意味着银可以携带的重量是其200倍的重量，表明银与氧化氢的反应能够产生更有效的推进。在氧化氢水溶液中银/镁微米马达最终也将停止移动，总推进时间是约为30分钟，总移动距离大约是12厘米。自推进时间大约是水驱动的2倍，移动距离大约是水驱动的1.5倍。

本发明自推进杀菌微米马达的杀菌实验：

采用大肠杆菌作为模型菌，为了考察银/镁微米马达对细菌的作用，在含大肠杆菌的溶液添加银/镁微米马。通过对活/死细胞的荧光染色方法，确定细菌的生存能力。

将银/镁微米马放置在菌液中10分钟后，分别研究活的和死的细菌，如图11所示，活的大肠杆菌有一个椭圆形的形状，具有规则的形状和光滑的表面形态，表明其结构完整。相反，如图12所示，银/镁金属微米马达的银层释放银离子杀死死的大肠杆菌，死的大肠杆菌细胞膜破裂，杀菌率为90％左右。

在相同的实验条件下比对运动和静止的银/镁微米马达，静止的银/镁微米马达杀杀菌率为10％左右，对于运动和静止的银/镁微米马达，银含量测定分别在1.55×10^-5和0.89×10^-5mol/L，即移动马达比静态马达释放的银离子多。

为了进一步确认各种因素对杀菌效率的影响，从而进行更多的控制实验。如图15中a图所示，说明镁离子对杀菌结果的影响可忽略不计。如图15中b图所示，杀菌效率在pH7和8的差异可以忽略不计。如图15中c图所示，杀菌率随时间增加而增加。如图15中d图所示，杀菌效率依赖NaHCO₃浓度，较高的NaHCO₃浓度杀菌率越高，为了解释这个现象，进行银/镁微米马达移动速度和释放的银离子在不同浓度的NaHCO₃中的情况。如图15中e和f图所示，银/镁微米马达速度和银离子的释放量取决于NaHCO₃浓度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种自推进杀菌微米马达，其特征在于：包括镁微球，所述镁微球的表面上覆盖有一层银。

2.根据权利要求1所述的自推进杀菌微米马达，其特征在于：所述银蒸镀在所述镁微球表面的局部，所述镁微球表面的其它部分为镁并暴露在外部。

3.根据权利要求2所述的自推进杀菌微米马达，其特征在于：所述镁微球的直径为20-30微米。

4.根据权利要求3所述的自推进杀菌微米马达，其特征在于：所述银的厚度为20纳米。

5.根据权利要求4所述的自推进杀菌微米马达，其特征在于：所述银的纯度为99％。