Микромоторы - это очень маленькие частицы (измеряемые в микронах ), которые могут двигаться сами. Этот термин часто используется как синоним « наномотор », несмотря на неявную разницу в размерах. Эти микродвигатели фактически автономно движутся в определенном направлении, когда их помещают в химический раствор. Существует множество различных типов микромоторов, работающих под управлением множества механизмов. Самыми важными примерами являются биологические двигатели, такие как бактерии и любые другие самоходные клетки. Синтетически исследователи использовали окислительно-восстановительные реакции для создания химических градиентов, локальных потоков жидкости или потоков пузырьков, которые затем продвигают эти микродвигатели через химические среды.
Микромоторы могут найти применение в медицине, поскольку было доказано, что они способны доставлять материалы к живым клеткам внутри организма. Они также показали свою эффективность в разложении некоторых боевых химических и биологических агентов.
Janus Motor Propulsion [ править ]
Микродвигатели со сферой Януса обычно состоят из поверхностного слоя диоксида титана и внутреннего слоя сильного восстановителя . Взаимодействие двух слоев при облучении УФ-светом приводит к образованию пузырьков в результате реакции восстановления . Микромоторы обычно имеют размер около 30 мкм с небольшим отверстием 2 мкм на внешнем слое. Это приводит к обнажению внутренней активной зоны, которая обычно является источником топлива для силовой установки. Диаметр отверстия контролирует скорость и скорость реакции. [1]
Реализация наночастиц [ править ]
Включение наночастиц в микродвигатели недавно было изучено и продолжено. В частности, наночастицы золота были введены в традиционный внешний слой диоксида титана большинства микромоторов. [1] Размер этих наночастиц золота обычно составляет от 3 до 30 нм. [2] Поскольку эти золотые наночастицы наслаиваются на внутреннее ядро (обычно это восстанавливающий агент, такой как магний), наблюдается усиленная макрогальваническая коррозия. [3] Технически здесь катод и аноднаходятся в контакте друг с другом, создавая цепь. Катод в результате замыкания корродирует. Истощение этой внутренней активной зоны приводит к уменьшению химической среды как источника топлива. Например, в микромоторе TiO 2 / Au / Mg в среде с морской водой внутреннее ядро из магния будет подвергаться коррозии и восстанавливать воду, чтобы начать цепочку реакций, которые приводят к использованию газообразного водорода в качестве источника топлива. Реакция восстановления следующая: [1]
Приложения [ править ]
Исследователи надеются, что микромоторы будут использоваться в медицине для доставки лекарств и выполнения других точных небольших вмешательств. Исследование показало, что микромоторы могут доставлять частицы золота в слой желудка живых мышей. [4]
Фотокаталитическая деградация боевых биологических и химических агентов [ править ]
Микромоторы с соответствующим составом способны к фотокаталитическому разложению. В частности, микродвигатели с внешним слоем из диоксида титана / наночастиц золота и внутренним ядром из магния в настоящее время исследуются и изучаются на предмет их разрушающей способности против боевых химических и биологических агентов (CBWA). Эти новые микродвигатели TiO 2 / Au / Mg не производят реагентов или токсичных побочных продуктов, связанных с движением и механизмами разложения. Однако они очень эффективны против CBWAs и представляют собой полную и быструю деградацию определенных CBWAs. Недавно было проведено исследование TiO 2/ Au / Mg микродвигатели, их использование и эффективность разложения против боевых биологических агентов, таких как Bacillus anthracis, и боевых химических агентов, таких как органофосфатные нервно-паралитические агенты - класс ингибиторов ацетилхолинэстеразы . Таким образом, использование этих микромоторов возможно в оборонных и экологических целях.
Фотокаталитический механизм разложения [ править ]
Эти новые микродвигатели состоят из внешнего / поверхностного фотоактивного диоксида титана, который также содержит наночастицы золота. При УФ-облучении адсорбированная вода образует сильно окисляющие гидроксильные радикалы. Также адсорбированный молекулярный O 2 реагирует с электронами, образуя супероксид-анионы. Эти супероксидные анионы также образуют пероксидные радикалы, гидроксильные радикалы и гидроксильные анионы. Превращение CWA в диоксид углерода и воду, также известное как минерализация , наблюдается в результате действия радикалов и анионов . Также наночастицы золота эффективно сдвигают уровень Ферми.диоксида титана, улучшая распределение заряда электронов. Следовательно, время жизни радикалов и анионов увеличивается, поэтому использование наночастиц золота значительно повысило фотокаталитическую эффективность.
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Ли, Цзиньсин; Сингх, Вирендра V .; Саттаясамитсатхит, Сирилак; Ороско, Джахир; Кауфманн, Кевин; Донг, Ренфэн; Гао, Вэй; Хурадо-Санчес, Беатрис; Федорак, Юрий; Ван, Джозеф (25 ноября 2014 г.). "Микромоторы с водным приводом для быстрой фотокаталитической деградации боевых биологических и химических агентов" (PDF) . ACS Nano . 8 (11): 11118–11125. DOI : 10.1021 / nn505029k . PMID 25289459 .
- ^ Су, Рен; Тирувалам, Рамчандра; Он, Цянь; Димитратос, Николаос; Кесаван, Локеш; Хаммонд, Кери; Лопес-Санчес, Хосе Антонио; Бехштейн, Ральф; Кили, Кристофер Дж .; Hutchings, Graham J .; Бесенбахер, Флемминг (24 июля 2012 г.). «Содействие фоторазложению фенола над TiO с использованием наночастиц Au, Pd и Au – Pd». ACS Nano . 6 (7): 6284–6292. DOI : 10.1021 / nn301718v . PMID 22663086 .
- ^ Гао, Вэй; Фэн, Сяомяо; Пей, Аллен; Гу, Йонге; Ли, Цзиньсин; Ван, Джозеф (2013). «Микродвигатели Janus на основе магния с морской водой для восстановления окружающей среды» . Наноразмер . 5 (11): 4696–700. Bibcode : 2013Nanos ... 5.4696G . DOI : 10.1039 / c3nr01458d . PMID 23640547 .
- ^ Bourzac, Кэтрин. «Микромоторы впервые поплыли в теле» . C&EN . Новости химии и техники . Дата обращения 30 мая 2015 .
