自推進殺菌微米馬達的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微米馬達，尤其涉及一種自推進殺菌微米馬達。
【背景技術(shù)】
[0002]自推進微米馬達是指能夠在溶液中實現(xiàn)自主運動的微小物體。它在生物醫(yī)學(xué)等方面有許多潛在的應(yīng)用前景。這些微米馬達是利用將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成動能的方式實現(xiàn)在溶液中的運動的。其所基于的原理可以是氣泡推進或者是表面與界面張力等。所依賴的燃料可以是過氧化氫，酸，溴或碘等。但是這些燃料一般來說是有毒的，因此基于這些燃料的微米馬達不適合在生物醫(yī)學(xué)方面的進一步應(yīng)用。
[0003]官建國等人，報道了一種基于鉑和鎂的微米馬達，其是通過在鎂的微米球的表面通過熱蒸鍍的方法蒸鍍上一層鉑來進行構(gòu)造，但是構(gòu)造出來的鉑/鎂微米馬達，并沒有殺菌的性質(zhì)(Angew Chem Int Ed 2013,52,7208)。Joseph Wang 等人，報道了一種基于二氧化鈦和鎂的微米馬達，其是通過在鎂的微米球的表面通過熱蒸鍍的方法蒸鍍上一層二氧化鈦，來實現(xiàn)的。這種二氧化鈦/鎂的微米馬達只能實現(xiàn)對于孢子的破壞(ACS Nano2014，8，11118)。
[0004]現(xiàn)有的基于鎂的微米馬達不能實現(xiàn)殺死細菌的功能。
[0005]有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種自推進殺菌微米馬達，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠在溶液中自主運動，并能夠殺死細菌的自推進殺菌微米馬達。
[0007]本發(fā)明提出的一種自推進殺菌微米馬達，其特征在于:包括鎂微球，所述鎂微球的表面上覆蓋有一層銀。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進所述銀蒸鍍在所述鎂微球表面的局部，所述鎂微球表面的其它部分為鎂并暴露在外部。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述鎂微球的直徑為20-30微米。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，所述銀的厚度為20納米。
[0011 ] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述銀的純度為99 %。
[0012]借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:本發(fā)明以鎂微球為基礎(chǔ)，利用鎂基微米馬達鎂和水的反應(yīng)產(chǎn)生推動力，能夠在水溶液中的自主運動，實現(xiàn)自推進運動，通過在鎂微球的表面沉積銀，利用銀離子對細菌的抑制作用，能夠起到殺菌或抗菌的作用；此外，通過鎂微球在水溶液中的自主運動，能夠從運動中釋放更多的銀離子，在較短的時間內(nèi)殺死更多的細菌，是靜態(tài)情況下殺死細菌數(shù)量的9倍左右，具有更有效的殺菌效率。
[0013]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明自推進殺菌微米馬達的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明自推進殺菌微米馬達的電鏡圖；
[0016]圖3為本發(fā)明自推進殺菌微米馬達中銀的光譜分析圖；
[0017]圖4為本發(fā)明自推進殺菌微米馬達中鎂的光譜分析圖；
[0018]圖5為本發(fā)明自推進殺菌微米馬達在水溶液中運動的光學(xué)圖像；
[0019]圖6為本發(fā)明自推進殺菌微米馬達在水溶液中的運動曲線圖；
[0020]圖7為本發(fā)明多個自推進殺菌微米馬達在中水溶液中運動速率的直方圖；
[0021]圖8為本發(fā)明自推進殺菌微米馬達在過氧化氫溶液中運動的光學(xué)圖像；
[0022]圖9為本發(fā)明自推進殺菌微米馬達在過氧化氫溶液中的運動曲線圖；
[0023]圖10為本發(fā)明多個自推進殺菌微米馬達在中過氧化氫溶液中運動速率的直方圖；
[0024]圖11為本發(fā)明自推進殺菌微米馬達放置到含大腸桿菌的溶液中后活的大腸桿菌的形態(tài)圖；
[0025]圖12為本發(fā)明自推進殺菌微米馬達放置到含大腸桿菌的溶液中后死的大腸桿菌的形態(tài)圖；
[0026]圖13為本發(fā)明自推進殺菌微米馬動態(tài)和靜態(tài)情況下殺菌率的示意圖；
[0027]圖14為本發(fā)明自推進殺菌微米馬動態(tài)和靜態(tài)情況下，NaHC(V^液中銀含量的示意圖；
[0028]圖15為本發(fā)明各種因素對自推進殺菌微米馬達殺菌效率的影響示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0030]實施例:一種自推進殺菌微米馬達，包括鎂微球1，所述鎂微球的表面上覆蓋有一層銀2。
[0031]所述銀蒸鍍在所述鎂微球表面的局部，所述鎂微球表面的其它部分為鎂并暴露在外部。
[0032]所述鎂微球的直徑為20-30微米。
[0033]所述銀的厚度為20納米。
[0034]所述銀的純度為99%。
[0035]用熱蒸鍍法來完成銀/鎂微米馬達制造。鎂微球首先放置在玻璃基板上，在鎂微球表面沉積20納米厚的銀后，得到銀/鎂微球結(jié)構(gòu)，再用超聲波將其從玻璃基板釋放到水溶液中。
[0036]利用電鏡掃描證實其形貌，如圖2所示，微球的表面局部形覆蓋有一層薄薄的銀，而其余的是暴露的鎂，具有兩面特征。
[0037]通過光譜分析證實這種結(jié)構(gòu)的組成，如圖3和圖4所示，從元素映射所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)來看，銀的信號覆蓋大部分的微球的表面，而鎂信號集中在微球的底部。
[0038]為了實現(xiàn)馬達的自主運動，不對稱是基礎(chǔ)。不對稱依賴于結(jié)構(gòu)或成分的差異。這些差異能夠使其在合適的燃料中產(chǎn)生單向力，從而實現(xiàn)整個結(jié)構(gòu)的自主運動。
[0039]鎂是穩(wěn)定的，由于鎂和水的反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，能夠產(chǎn)生氣泡，通過氣泡能夠推動其運動，如圖5所示。每間隔1秒銀/鎂微米馬達自推進的光學(xué)圖像。
[0040]如圖6所示，銀/鎂微米馬達的運動軌跡的曲線可以看出是接近線性的運動。通過分析該運動軌跡，速度可大約在83微米/秒。此外，通過測量多個微米馬達得到的平均移動速度約為90微米/秒，如圖7所示。隨著不斷的運動和鎂材料消耗，銀/鎂微米馬達將最終停止，總的運動時間大約是15分鐘，總移動距離約8.1厘米。最終鎂全部消耗，微米馬達的其余結(jié)構(gòu)是殼薄銀。
[0041]除了鎂與水反應(yīng)，銀能夠與過氧化氫反應(yīng)，分解出水和氧氣，氧氣產(chǎn)生的氣泡能夠使其產(chǎn)生自主運動
[0042]如圖8所示，將銀/鎂微米馬達放到過氧化氫溶液中。由于氧氣氣泡是在含銀表面的一端產(chǎn)生，銀/鎂微米馬達的運動方向與水驅(qū)動微米馬達運動方向相反。如圖9所示，銀/鎂微米馬達的運動軌跡的曲線可以看出是接近線性的運動。運動速度在70微米/秒，通過測量多個微米馬達得到的平均移動速度約為67微米/秒，如圖10所示。比較微米馬達由鎂和銀驅(qū)動的移動速度，分別是90微米/秒和67微米/秒。然而，鎂和銀的重量分別約為1.4X 10 5毫克和6.9X 10 8毫克，由于鎂比銀重得多，因此，這意味著銀可以攜帶的重量是其200倍的重量，表明銀與氧化氫的反應(yīng)能夠產(chǎn)生更有效的推進。在氧化氫水溶液中銀/鎂微米馬達最終也將停止移動，總推進時間是約為30分鐘，總移動距離大約是12厘米。自推進時間大約是水驅(qū)動的2倍，移動距離大約是水驅(qū)動的1.5倍。
[0043]本發(fā)明自推進殺菌微米馬達的殺菌實驗:
[0044]采用大腸桿菌作為模型菌，為了考察銀/鎂微米馬達對細菌的作用，在含大腸桿菌的溶液添加銀/鎂微米馬。通過對活/死細胞的熒光染色方法，確定細菌的生存能力。
[0045]將銀/鎂微米馬放置在菌液中10分鐘后，分別研究活的和死的細菌，如圖11所示，活的大腸桿菌有一個橢圓形的形狀，具有規(guī)則的形狀和光滑的表面形態(tài)，表明其結(jié)構(gòu)完整。相反，如圖12所示，銀/鎂金屬微米馬達的銀層釋放銀離子殺死死的大腸桿菌，死的大腸桿菌細胞膜破裂，殺菌率為90%左右。
[0046]在相同的實驗條件下比對運動和靜止的銀/鎂微米馬達，靜止的銀/鎂微米馬達殺殺菌率為10%左右，對于運動和靜止的銀/鎂微米馬達，銀含量測定分別在1.55X 10 5和0.89X 10 5mol/L，即移動馬達比靜態(tài)馬達釋放的銀離子多。
[0047]為了進一步確認各種因素對殺菌效率的影響，從而進行更多的控制實驗。如圖15中a圖所示，說明鎂離子對殺菌結(jié)果的影響可忽略不計。如圖15中b圖所示，殺菌效率在pH 7和8的差異可以忽略不計。如圖15中c圖所示，殺菌率隨時間增加而增加。如圖15中d圖所示，殺菌效率依賴NaHC03濃度，較高的NaHCO 3濃度殺菌率越高，為了解釋這個現(xiàn)象，進行銀/鎂微米馬達移動速度和釋放的銀離子在不同濃度的NaHC03中的情況。如圖15中e和f圖所示，銀/鎂微米馬達速度和銀離子的釋放量取決于NaHC03濃度。
[0048]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當指出，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)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種自推進殺菌微米馬達，其特征在于:包括鎂微球，所述鎂微球的表面上覆蓋有一層銀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自推進殺菌微米馬達，其特征在于:所述銀蒸鍍在所述鎂微球表面的局部，所述鎂微球表面的其它部分為鎂并暴露在外部。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自推進殺菌微米馬達，其特征在于:所述鎂微球的直徑為20-30微米。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自推進殺菌微米馬達，其特征在于:所述銀的厚度為20納米。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自推進殺菌微米馬達，其特征在于:所述銀的純度為99%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自推進殺菌微米馬達，包括鎂微球，所述鎂微球的表面上覆蓋有一層銀。本發(fā)明以鎂微球為基礎(chǔ)，利用鎂基微米馬達鎂和水的反應(yīng)產(chǎn)生推動力，能夠在水溶液中的自主運動，實現(xiàn)自推進運動，通過在鎂微球的表面沉積銀，利用銀離子對細菌的抑制作用，能夠起到殺菌或抗菌的作用；此外，通過鎂微球在水溶液中的自主運動，能夠從運動中釋放更多的銀離子，在較短的時間內(nèi)殺死更多的細菌，是靜態(tài)情況下殺死細菌數(shù)量的9倍左右，具有更有效的殺菌效率。
【IPC分類】A01N59/16, A01P1/00
【公開號】CN105309477
【申請?zhí)枴緾N201510688784
【發(fā)明人】董彬, 張慧
【申請人】蘇州大學(xué)
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年10月22日