本發(fā)明涉及微納米器件制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種驅(qū)動力較強(qiáng)且可以通過感應(yīng)燃料濃度變化調(diào)整其運(yùn)動方向的脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)。

背景技術(shù)：

微納米馬達(dá)是一種能夠在微納米尺度上將環(huán)境中其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動，并能執(zhí)行各種任務(wù)的微納米器件。由于微納米馬達(dá)具有獨(dú)特的自主運(yùn)動性能，可以在微納米尺度裝載、運(yùn)輸和釋放各類微納米貨物，因此在生物傳感、主動給藥以及微手術(shù)等生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。

其中酶驅(qū)動微納米馬達(dá)能夠利用體液中存在的物質(zhì)為燃料，具有較好的生物相容性，無需自帶燃料及運(yùn)動壽命長等優(yōu)點。目前研究的酶驅(qū)動微納米馬達(dá)主要包括過氧化氫酶、葡萄糖氧化酶和脲酶驅(qū)動的微納米馬達(dá)。其中過氧化氫酶驅(qū)動的微納米馬達(dá)以h2o2為燃料，主要通過產(chǎn)生氧氣氣泡驅(qū)動其運(yùn)動。雖然這種依賴氣泡驅(qū)動機(jī)理的酶驅(qū)動微納米馬達(dá)驅(qū)動力強(qiáng)，但是高濃度h2o2具有強(qiáng)氧化性，其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用場景有限。由于葡萄糖氧化酶和脲酶驅(qū)動的微納米馬達(dá)能夠以血液中廣泛存在的葡萄糖和尿素為燃料，因此更適用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。然而，目前這一類酶驅(qū)動微納米馬達(dá)的驅(qū)動機(jī)理主要為驅(qū)動力較弱的自泳驅(qū)動機(jī)理，運(yùn)動速率較慢，在體液中難以實現(xiàn)高效的運(yùn)動；并且其運(yùn)動方向，僅能通過外部磁場進(jìn)行控制，無法實現(xiàn)感應(yīng)化學(xué)信號變化自主調(diào)整其運(yùn)動方向。

因此，本發(fā)明將具有限制性中空內(nèi)腔的罐狀結(jié)構(gòu)與具有較高催化速率的脲酶分子結(jié)合，制備了驅(qū)動力較強(qiáng)的脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)，并且可以通過感應(yīng)燃料濃度變化自適應(yīng)地調(diào)整其運(yùn)動方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有脲酶驅(qū)動微納米馬達(dá)，驅(qū)動力較弱，運(yùn)動速率較低，不能通過感應(yīng)環(huán)境中化學(xué)信號的變化自主調(diào)整其運(yùn)動方向。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)，所述脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)是一種一端開口的中空罐狀微納米顆粒，其內(nèi)部含有催化活性的脲酶分子。所述脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)驅(qū)動力強(qiáng)，運(yùn)動速率高，可以通過感應(yīng)燃料濃度變化自主地調(diào)整其運(yùn)動方向。

一種所述脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)的制備方法，使用兩步法制備：

1)制備中空罐狀微納米顆粒：以微納米粒子為模板，按順序在其表面非對稱包覆金屬au層和二氧化硅層，形成雙面神粒子后，刻蝕微納米粒子模板得到；

2)制備脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)：在中空罐狀微納米顆粒的內(nèi)壁au層先后修飾氨基和醛基，再利用醛基與脲酶分子的氨基之間的鍵合作用將脲酶分子固定于罐狀微納米顆粒的內(nèi)部。

一種所述脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)的用途，所述罐狀微納米馬達(dá)的運(yùn)動方向隨燃料濃度的變化而改變，可以應(yīng)用于生物傳感和藥物運(yùn)輸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下有益效果：

1、本發(fā)明提供了一種脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)，其結(jié)構(gòu)簡單、生物相容性好、驅(qū)動力強(qiáng)、運(yùn)動行為可調(diào)，且其制備方法簡單、重復(fù)性強(qiáng)。

2、所述酶驅(qū)動微納米馬達(dá)，可自主地感應(yīng)周圍環(huán)境中尿素(燃料)濃度變化，調(diào)整驅(qū)動機(jī)理，進(jìn)而智能地調(diào)整其運(yùn)動方向。

3、由于所述脲酶驅(qū)動微納米馬達(dá)能夠智能感應(yīng)尿素濃度變化，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚地了解本發(fā)明的技術(shù)手段，可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他方面、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下結(jié)合優(yōu)選實施例，詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹。

圖1為本發(fā)明的實施例1中脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)的制備過程示意圖；

圖2為本發(fā)明的實施例1中制備得到的脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)的掃描電鏡、透射電鏡及能譜圖；

圖3為本發(fā)明的實施例2中脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)通過增加體系中尿素濃度調(diào)控其運(yùn)動行為的軌跡圖及實時速度圖；

圖4為本發(fā)明的實施例3中脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)通過降低體系中尿素濃度調(diào)控其運(yùn)動行為的軌跡圖及實時速度圖；

圖5為本發(fā)明的實施例4中脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)在不同濃度尿素溶液中的運(yùn)動軌跡圖及運(yùn)動速度隨尿素濃度的變化圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式，其作為本說明書的一部分，但不限定本發(fā)明。通過實施例來說明本發(fā)明的原理，本發(fā)明的其他方面、特征及其優(yōu)點通過該詳細(xì)說明將會變得一目了然。

實施例1

脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)的制備過程如圖1所示，主要包括兩部分：(1)罐狀微納米顆粒的制備，(2)在罐狀微納米顆粒內(nèi)表面修飾脲酶。

(1)罐狀微納米顆粒的制備。首先，將玻片清洗后，利用氧氣等離子體進(jìn)行親水處理；然后，將50μlps微球的乙醇懸浮液(2.3μm,10mg/ml)滴至玻片上，乙醇蒸發(fā)后即可形成單層ps微球。使用磁控濺射直流電源噴鍍金層50s，射頻電源噴鍍二氧化硅40s，得到雙面神粒子。將制備的雙面神粒子分散于2ml去離子水中，依次加入4mgteoa、7.4mgctab、10μlteos，80℃反應(yīng)2h，離心分離收集后dmf洗滌5遍，振蕩12h，得到內(nèi)部含有金層的罐狀微納米顆粒。

(2)脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)的制備。將罐狀微納米顆粒分散于1ml的半胱胺乙醇溶液(20mmol/l)中，室溫振蕩反應(yīng)過夜后乙醇洗滌3遍；然后分散于0.9mlpb緩沖溶液(10mmol/lpb，ph6.5)中，加入0.1ml戊二醛溶液(25wt％)混合均勻，室溫振蕩反應(yīng)5h后用pb緩沖溶液(10mmol/lpb，ph6.5)洗滌3次；將樣品分散于0.2mlpb緩沖溶液(10mmol/lpb，ph6.5)，加入脲酶3mg，室溫振蕩過夜，去離子水洗滌3次得到脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)。

所得脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)在掃描電鏡和透射電鏡下的形貌分別如圖2a和2b所示，可見，其為具有開口的罐狀結(jié)構(gòu)，粒徑為2.2～2.4μm，平均值為2.3μm，開口大小為1.4～1.9μm，平均值為1.7μm，外表面的介孔層厚度平均值為43.6nm。所得脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)的能譜圖如圖2c所示，其含有金元素、硅元素和碳元素。

實施例2

將實施例1中所得脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)置于0.6mm尿素溶液中，待其運(yùn)動穩(wěn)定后加入50mm尿素溶液。其運(yùn)動軌跡如圖3a所示，未加入50mm尿素溶液前，脲酶驅(qū)動微納米馬達(dá)朝開口方向運(yùn)動，加入50mm尿素溶液后背向開口方向運(yùn)動，其實時速度變化如圖3b所示。

實施例3

將實施例1中所得脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)置于5mm尿素溶液中，待其運(yùn)動穩(wěn)定后加入去離子水。其運(yùn)動軌跡如圖4a所示，未加入去離子水前，脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)背向開口方向運(yùn)動，加入去離子水后朝開口方向運(yùn)動，其實時速度變化如圖4b所示。

實施例4

將實施例1中所得脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)分別置于不同濃度尿素溶液中，觀察其運(yùn)動行為。它們在不同濃度尿素溶液中的軌跡圖如圖5a所示：當(dāng)尿素濃度小于1.25mm時，脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)朝開口方向運(yùn)動；當(dāng)尿素濃度大于1.25mm時，背向開口方向運(yùn)動。在不同濃度尿素溶液中脲酶驅(qū)動罐狀微納米發(fā)動機(jī)的運(yùn)動速度如圖5b所示，脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)的運(yùn)動速度隨尿素濃度增加整體表現(xiàn)為先增大后減小，再增大到平衡值。當(dāng)體系中尿素濃度為0.6mm，脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)的運(yùn)動速率增加到其中一個極大值后開始下降；當(dāng)體系中的尿素濃度達(dá)到1.25mm時，脲酶驅(qū)動罐狀微納米馬達(dá)的運(yùn)動速率減小到極小值，之后速度開始增加，在尿素濃度達(dá)到15mm時運(yùn)動速度開始達(dá)到飽和。

本發(fā)明所列舉的各原料，以及本發(fā)明各原料的上下限、區(qū)間取值，以及工藝參數(shù)(如溫度、時間等)的上下限、區(qū)間取值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變動，這些改進(jìn)和變動也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。