據(jù)報道，加州大學(xué)圣迭戈分校的科學(xué)家設(shè)計并制造出了一種新型微型馬達(dá)，可在強(qiáng)酸環(huán)境中利用氫氣氣泡進(jìn)行驅(qū)動，而無需額外燃料。這種微型馬達(dá)能在pH值很低的情況下，以每秒鐘1000微米左右的速度行進(jìn)，因而得名“微型火箭”，能夠廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域，如探測胃中的酸度變化等。相關(guān)研究發(fā)表在近期出版的《美國化學(xué)學(xué)會會刊》上。
此前，科研人員已設(shè)計出多種自驅(qū)動的微型馬達(dá)，其中許多都是以氧氣氣泡作為推動力，這需要高濃度的過氧化氫作為輔助燃料。同時，由于高濃度的過氧化氫對人體有害，因而制約了它們的實際應(yīng)用，尤其是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的使用。
這款“微型火箭”的外形為管狀，長約10微米，直徑介于2微米至5微米之間。研究人員利用普通的聚苯胺制成了“微型火箭”模板，隨后在其內(nèi)表面上電鍍上薄鋅層。當(dāng)“微型火箭”浸入高濃度的酸性溶液中，鋅就會失掉電子，并促進(jìn)氫氣氣泡的產(chǎn)生。在此過程中，科學(xué)家也試用了鐵和鉛等金屬，但它們生成氣泡的效果都遠(yuǎn)不如鋅。
試驗證明，“微型火箭”的速度會隨著溶液pH值的降低而上升。其最高的運行速度可達(dá)1050微米/每秒，由直徑為5微米的微型火箭在pH值為-0.2的狀態(tài)下實現(xiàn)。當(dāng)pH值升至1.3時，其運行速度會下降至10微米/每秒。雖然“微型火箭”只適用于有限的pH值范圍，但科學(xué)家表示，它們可在pH值介于0.8至2.0之間的人類胃中發(fā)揮作用，同時它還可應(yīng)用于人類的血清之中。
數(shù)據(jù)顯示，這些“微型火箭”的壽命可從10秒到2分鐘不等，具體取決于鋅的溶解速率。“火箭”所承載的鋅越多，溶液的pH值越高，它們的壽命也越長。
另外，“微型火箭”還能夠控制自己的移動方向，甚至被“拾起”并釋放所攜物質(zhì)。這可通過在“火箭”的外表面沉積磁性層實現(xiàn)：通過磁性引導(dǎo)裝置去往該去的方向。研究團(tuán)隊展示了“火箭”利用磁性機(jī)制“捕獲”聚苯乙烯“貨物”，并將其運輸?shù)街付窂剑缓笸ㄟ^快速變化磁場方向?qū)⑵溽尫拧?/P>
科學(xué)家表示，這是首個由化學(xué)物質(zhì)提供動力而無需額外燃料的自驅(qū)動“微型火箭”實例。其最大優(yōu)勢就是可利用周圍的酸性環(huán)境作為“燃料”，極大擴(kuò)展自身的應(yīng)用范圍，有望廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)或工業(yè)領(lǐng)域，如靶標(biāo)藥物傳送、納米成像和監(jiān)控半導(dǎo)體加工等工業(yè)生產(chǎn)過程。此外，由于“微型火箭”的速度與溶液的pH值直接相關(guān)，這款裝置也可以用于pH值的感測，如探測胃中的酸度變化等。
科研人員稱，隨著進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化，他們希望“微型火箭”能適用于更加溫和的工作環(huán)境，并有效延長壽命。此外，他們還將通過探索更多的新材料，使微型馬達(dá)能適應(yīng)更多的新環(huán)境。 |
