[發(fā)明專利]自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)輸運(yùn)系統(tǒng)、運(yùn)輸方法及模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910336315.6
• 申請(qǐng)日: 2019-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN110059427B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳江星;占順
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/25
• 分類號(hào): G06F30/25;G16C10/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

本發(fā)明公開一種新型的自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)輸運(yùn)系統(tǒng)、運(yùn)輸方法及模擬方法，屬于自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)領(lǐng)域。輸運(yùn)系統(tǒng)包括初始腔室、通道、收集點(diǎn)和各種粒子，粒子包括溶液粒子A、燃料粒子B、產(chǎn)物粒子P和微納米馬達(dá)。模擬方法包括：構(gòu)建輸運(yùn)系統(tǒng)的物理模型；確定初始狀態(tài)參數(shù)，包括溫度、質(zhì)量、尺寸、所有粒子的初始位置；計(jì)算并更新下一個(gè)時(shí)間步長的溶液粒子的位置和速度；計(jì)算二聚物馬達(dá)受力，通過Verlet算法計(jì)算二聚物馬達(dá)的當(dāng)前位置和速度；更新并輸出二聚物馬達(dá)的當(dāng)前位置，速度和受力數(shù)據(jù)；回到第三步模擬下一個(gè)時(shí)間步長直到仿真結(jié)束。本發(fā)明降低了操作的復(fù)雜性，對(duì)原環(huán)境影響小；簡化活性粒子的輸運(yùn)通道設(shè)計(jì)，提高輸運(yùn)效率；設(shè)計(jì)更加環(huán)保。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)領(lǐng)域，用于靶向藥、蛋白質(zhì)等大分子的輸運(yùn)，具體涉及自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)輸運(yùn)系統(tǒng)、運(yùn)輸方法及模擬方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)階段，在自然界中有大量的活性生物大分子存在，吸收環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)化成動(dòng)能從而獲得運(yùn)動(dòng)。科學(xué)家們結(jié)合活性生物大分子合成人工納米馬達(dá)。最早的以化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的納米馬達(dá)是由Whitesides等人提出，在含有催化成分Pt的圓盤形狀的納米馬達(dá)在H₂O₂的系統(tǒng)中，H₂O₂在Pt的催化下，可以生產(chǎn)氧氣氣泡從而推動(dòng)圓盤運(yùn)動(dòng)。還有一些納米管馬達(dá)，氣體聚集在微型管狀馬達(dá)的內(nèi)部，并從一端排出，表現(xiàn)為氣泡驅(qū)動(dòng)或者擴(kuò)散電泳來驅(qū)動(dòng)。

自我組織和斑圖的形成，在生命系統(tǒng)中導(dǎo)致了多種生物結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。細(xì)菌的排列運(yùn)動(dòng)生成了巧妙的斑圖，包括流型，分蜂群，和異常密度漲落。有些種類的微粒顯示捕食行為對(duì)光化學(xué)作用的反應(yīng)。水介質(zhì)中的微粒表現(xiàn)為“排斥分散”和“聚集成群”之間的轉(zhuǎn)變，這是由改變化學(xué)平衡或?qū)ψ贤夤庾鞒龇磻?yīng)而觸發(fā)的。在這些系統(tǒng)中，在粒子表面發(fā)生的催化反應(yīng)產(chǎn)生了梯度場，如電、熱和濃度場，這些場通常能夠?qū)е伦杂緳C(jī)制和突發(fā)集體行為，從而能夠引導(dǎo)粒子的運(yùn)動(dòng)行為。

研究者設(shè)計(jì)出依靠燃料反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的微納米馬達(dá)后可以對(duì)其潛在的應(yīng)用進(jìn)行研究，二聚物馬達(dá)可以用來藥物輸運(yùn)、基于運(yùn)動(dòng)的生物傳感、納米顆粒組裝和環(huán)境修復(fù)等等。在藥物輸運(yùn)方面荷蘭奈梅大學(xué)教授Daniela?A.Wilson課題組通過研究，可以利用高分子納米馬達(dá)把藥物輸送到指定的癌細(xì)胞中。他們用PEG-PCL和PEG-PS進(jìn)行相似的組裝，把抗癌藥物阿霉素裝載到Pt納米顆粒中，這樣組裝成納米馬達(dá)，將藥物輸運(yùn)到癌細(xì)胞中。因此，如何將這些攜帶藥物的馬達(dá)輸運(yùn)到指定地點(diǎn)是工作的重點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)輸運(yùn)系統(tǒng)、運(yùn)輸方法及模擬方法，本方法基于一種粗粒化微觀動(dòng)力學(xué)方法，該方法考慮了多體流體動(dòng)力相互作用、濃度梯度、馬達(dá)間的直接勢相互作用以及熱效應(yīng)的耦合，考慮多種影響因素對(duì)于馬達(dá)輸運(yùn)效率的作用。

一種自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)輸運(yùn)系統(tǒng)，自左向右包括初始腔室、通道、收集點(diǎn)和墻壁，初始腔室左側(cè)和右側(cè)均為墻壁，所有粒子均無法通過墻壁，墻壁與粒子之間具有碰撞作用，所述粒子包括溶液粒子A、燃料粒子B、產(chǎn)物粒子P和微納米馬達(dá)，初始腔室右側(cè)墻壁上設(shè)有通道入口，寬度等于微納米馬達(dá)單球的直徑。初始時(shí)刻時(shí)微納米馬達(dá)在初始腔室中做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，一旦微納米馬達(dá)運(yùn)動(dòng)到通道入口就將會(huì)被通道捕獲，然后在這條軟通道上進(jìn)行自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)目的地之后被收集。通過這種方式能夠?qū)⒒钚运幬镙d體引導(dǎo)輸運(yùn)到指定的癌細(xì)胞區(qū)域。