自驱动二氧化锰纳米马达的制备与性能

黄秋月^1,2，张亚茹^1,2，李佳贤^1,2，时霄霄^1,2，缪玮珉^2,3，巫佳思^2,4，杜金志^1,2,5,6

1. 华南理工大学医学院2. 华南理工大学生命科学研究院3. 华南理工大学生物科学与工程学院4. 华南理工大学生物医学科学与工程学院5. 华南理工大学国家人体组织功能重建工程技术研究中心6. 广东省生物医学工程重点实验室生物医用材料与工程教育部重点实验室人体组织功能重建省部共建协同创新中心

摘 要：近年来基于微纳米马达的研究引起了研究者广泛的兴趣其中,对微米尺度的马达研究占多数,而纳米马达的制备更具有挑战性。本研究介绍了一种制备方法简单、原料来源广泛、尺寸可在纳米至微米尺度范围内精确调控的微纳米马达体系。首先合成了尺寸可控的SiO₂纳米颗粒,采用Pickering乳液法制备微米尺寸的胶体囊,裸露的SiO₂进一步催化高锰酸钾（KMnO₄）还原生成二氧化锰（MnO₂）/SiO₂ Janus纳米颗粒,MnO₂催化过氧化氢（H₂O₂）分解产生氧气从而推动马达运动。利用动态光散射（DLS）和透射电镜（TEM）表征了SiO₂模板的尺寸,其在140 nm（SS1）到630 nm（SS5）内可控。通过扫描电镜（SEM）观察所形成的胶体囊表面SS1的分布情况,研究了石蜡与SS1质量比对SS1在胶体囊表面分布的影响。结果显示,当二者质量比达到40:1时,SS1能在石蜡表面实现单层分布,并且有一部分嵌入石蜡中。通过紫外（UV）、DLS、TEM等方法进行表征,证实了自驱动MnO₂纳米马达的Janus结构。通过倒置显微镜观察并使用Image J、MATLAB等软件进行运动分析,发现SS5纳米马达在0.5%H₂O₂溶液中的均方位移比在超纯水中长,且扩散系数从超纯水中的0.56μm²/s增加到1.26μm²/s,增加了1.25倍,证实了自驱动MnO₂纳米马达的有效运动。

关键词：微纳米马达;自驱动;二氧化锰;过氧化氢;