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氫氣氣泡驅動的“微型火箭”可在胃中運行

發佈時間:2012年01月23日 08:05 | 進入復興論壇 | 來源:科技日報 | 手機看視頻


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  據美國物理學家組織網1月18日報道,加州大學聖迭戈分校的科學家設計並製造出了一種新型微型馬達,可在強酸環境中利用氫氣氣泡進行驅動,而無需額外燃料。這種微型馬達能在pH值很低的情況下,以每秒鐘1000微米左右的速度行進,因而得名“微型火箭”,能夠廣泛應用於生物醫學和工業領域,如探測胃中的酸度變化等。相關研究發表在近期出版的《美國化學學會會刊》上。

  此前,科研人員已設計出多種自驅動的微型馬達,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,由於高濃度的過氧化氫對人體有害,因而制約了它們的實際應用,尤其是在生物醫學領域的使用。

  這款“微型火箭”的外形為管狀,長約10微米,直徑介於2微米至5微米之間。研究人員利用普通的聚苯胺製成了“微型火箭”模板,隨後在其內表面上電鍍上薄鋅層。當“微型火箭”浸入高濃度的酸性溶液中,鋅就會失掉電子,並促進氫氣氣泡的産生。在此過程中,科學家也試用了鐵和鉛等金屬,但它們生成氣泡的效果都遠不如鋅。

  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的狀態下實現。當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”只適用於有限的pH值範圍,但科學家表示,它們可在pH值介於0.8至2.0之間的人類胃中發揮作用,同時它還可應用於人類的血清之中。

  數據顯示,這些“微型火箭”的壽命可從10秒到2分鐘不等,具體取決於鋅的溶解速率。“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”並釋放所攜物質。這可通過在“火箭”的外表面沉積磁性層實現:通過磁性引導裝置去往該去的方向。研究團隊展示了“火箭”利用磁性機制“捕獲”聚苯乙烯“貨物”,並將其運輸到指定路徑,然後通過快速變化磁場方向將其釋放。

  科學家表示,這是首個由化學物質提供動力而無需額外燃料的自驅動“微型火箭”實例。其最大優勢就是可利用周圍的酸性環境作為“燃料”,極大擴展自身的應用範圍,有望廣泛應用於生物醫學或工業領域,如靶標藥物傳送、納米成像和監控半導體加工等工業生産過程。此外,由於“微型火箭”的速度與溶液的pH值直接相關,這款裝置也可以用於pH值的感測,如探測胃中的酸度變化等。

  科研人員稱,隨著進一步的改進和優化,他們希望“微型火箭”能適用於更加溫和的工作環境,並有效延長壽命。此外,他們還將通過探索更多的新材料,使微型馬達能適應更多的新環境。(張巍巍)

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