[發明專利]納米發動機推進

有效

• 申請號: 201680082034.7
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN109071211B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 唐晉堯;代保湖;王吉壯
• 申請（專利權）人: 香港大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82B1/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 麥振聲;楊思捷

提供了自推進的可編程納米級發動機，其能夠從吸收的光子中獲取能量并經歷隨后的光電化學(PEC)反應。納米發動機可以具有三維Janus配置并且可以感測光源的方向。通過用化學修飾控制納米發動機的不同部分的ζ電勢，可以將納米發動機編程以顯示正趨光性或負趨光性。

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年12月16日提交的美國臨時申請序列號62/268,352的利益，該臨時申請在此通過引用并入其全部內容，包括任何圖、表格或附圖。

發明背景

在生物醫學應用和許多低成本的納米制造工藝中使用的納米和微米發動機通常包括多種能夠推向或推離源場(source field)的微米和/或納米顆粒復合材料。過去已證明了基于不同的推進機制的無機納米發動機，所述推進機制包括例如自電泳、自擴散泳、氣泡推進和自聲泳(self-acoustophoresis)。

為了遠程控制納米和微米發動機，鐵磁材料的使用已經常并入發動機并可以響應于外部磁場被操縱和/或引導。在另一方面，光學操縱諸如光學鑷子也已經被發現可用于控制納米級機器，因為光場可以更好的精確度和準確度被設計和操縱。集體趨光行為已經在合成的無機Janus納米顆粒中被觀察到，這暗示了設計光學控制納米機器人的可能性。然而，為了設計基于趨光現象的完全功能納米機器人，關鍵是設計單獨的納米發動機，其運動可被調節和編程。

簡要概述

主題的實施方案一般涉及自推進納米發動機，術語“納米發動機”在本申請的文本中與術語“Janus納米樹”是可互換的。本發明的實施方案提供了能夠從吸收的光子收集能量并經歷隨后的光電化學(PEC)反應的納米和微米級發動機。

在一些實施方案中，具有三維Janus配置的納米發動機(稱為Janus納米樹)被提供，并且可以感測光源的方向。通過控制具有化學修飾的Janus納米樹的不同部分的ζ電勢，Janus納米樹可被編程，以顯示正趨光性或負趨光性。

在進一步的實施方案中，納米發動機可以包括具有p-n結的硅納米線?；诠杓{米線的納米發動機類似于它的Janus納米樹對應物，可以通過自電泳機制被推進。在具體的實施方案中，硅納米線的具體結構可以改變納米發動機遷移軌跡。

在一些實施方案中，納米發動機可以容易地通過不同強度水平的可見光、紅外光和紫外光照射推進。有利的是，本文提供的納米發動機可以通過生物系統中的應用所需的超低光強度被推進到高速。

有利的是，本文提供的裝置和方法有希望用于設計單獨光控、可逆和無線的納米和微米機器，用于例如生物醫學、催化和環境整治的應用中。

在一個方面，本發明包括以下實施方案：

1. 用于推進Janus納米樹的方法，包括：

在位于流體內的Janus納米樹從定向光源接收能量；

通過光電化學反應耦合所述定向光源和Janus納米樹，以推進流體內的Janus納米樹。

2. 實施方案1的方法，其中從定向光源接收能量包括：

調節源強度和空間位置以產生電磁輻射場，其中輻射大約在從大約UV-A1到大約近紅外的范圍內，以便基本上沿著流體內的特定軌跡推進Janus納米樹。

3. 實施方案1的方法，其中耦合所述定向光源和Janus納米樹包括：

將Janus納米樹沉浸在具有還原-氧化反應化學濃度的流體中，從而使Janus納米樹位于流體內，該流體包括耦合液體；

產生對于從定向光源接收的能量的催化響應以影響還原-氧化反應；以及

作為受影響的還原-氧化反應的結果，在Janus納米樹上和在沉浸液中產生變化的離子分布。