目錄
第1章 基礎(chǔ)知識(shí)：小尺度下的驅(qū)動(dòng) 1
1.1 引言 1
1.2 納米機(jī)器的發(fā)展史 3
1.3 納米尺度驅(qū)動(dòng)的挑戰(zhàn) 4
1.4 低雷諾數(shù)流體力學(xué) 7
參考文獻(xiàn) 9
第2章 自然界納米游體的運(yùn)動(dòng) 14
2.1 引言 14
2.2 化學(xué)驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)蛋白 15
2.2.1 生物馬達(dá)：細(xì)胞中的活性主力 15
2.2.2 蛋白馬達(dá)的工作基本原理 16
2.2.3 驅(qū)動(dòng)蛋白 18
2.2.4 肌球蛋白 19
2.2.5 動(dòng)力蛋白 22
2.2.6 微芯片器件中基于生物馬達(dá)的主動(dòng)納米尺度輸運(yùn) 22
2.3 旋轉(zhuǎn)生物馬達(dá) 25
2.4 游動(dòng)的微生物 27
2.4.1 細(xì)菌鞭毛-大腸桿菌 28
2.4.2 精子的運(yùn)動(dòng) 29
2.4.3 纖毛驅(qū)動(dòng)的草履蟲游動(dòng) 30
2.4.4 細(xì)菌的輸運(yùn)與致動(dòng) 31
參考文獻(xiàn) 32
第3章 分子機(jī)器 38
3.1 應(yīng)激響應(yīng)型輪烷、類輪烷以及索烴納米機(jī)器人 39
3.2 分子旋轉(zhuǎn)馬達(dá) 446
3.3 基于順?lè)串悩?gòu)化的光驅(qū)動(dòng)分子機(jī)器 48
3.3.1 偶氮苯類納米機(jī)器 48
3.4 納米汽車 50
3.5 DNA 納米機(jī)器 52
3.5.1 酶輔助 DNA 自主納米機(jī)器 56
3.5.2 DNA 蜘蛛 57
3.5.3 pH 和光引發(fā)的可開關(guān) DNA 機(jī)器 58
參考文獻(xiàn) 59
第4章 化學(xué)自驅(qū)動(dòng)裝置 66
4.1 自驅(qū)動(dòng)催化納米線馬達(dá) 68
4.1.1 催化納米線馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理 72
4.1.2 催化納米線馬達(dá)的磁導(dǎo)向運(yùn)動(dòng) 73
4.2 催化微管馬達(dá) 74
4.2.1 管狀微引擎的氣泡推進(jìn)機(jī)理 76
4.2.2 管狀微引擎的制備 78
4.3 具有催化活性的 Janus 微粒：球形馬達(dá) 81
4.3.1 催化 Janus 顆粒馬達(dá)的制備 81
4.3.2 催化 Janus 球形馬達(dá)的推進(jìn)機(jī)理 84
4.4 化學(xué)驅(qū)動(dòng)微納馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)控制 86
4.4.1 熱控納米馬達(dá) 87
4.4.2 催化馬達(dá)的光控制 88
4.4.3 催化馬達(dá)的電控制 88
4.5 為化學(xué)驅(qū)動(dòng)的微/納米馬達(dá)尋找替代燃料 89
4.6 集體行為: 集群與趨化性 91
4.6.1 微粒的觸發(fā)自組裝 91
4.6.2 趨化性: 沿濃度梯度運(yùn)動(dòng) 93
4.7 生物催化驅(qū)動(dòng) 95
4.8 化學(xué)物質(zhì)非對(duì)稱釋放引發(fā)的運(yùn)動(dòng) 98
4.9 聚合誘導(dǎo)反應(yīng)引發(fā)的運(yùn)動(dòng) 99
參考文獻(xiàn) 99
第5章 外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的無(wú)需燃料納米馬達(dá) 108
5.1 磁驅(qū)動(dòng)的納米馬達(dá) 108
5.1.1 螺旋狀磁驅(qū)馬達(dá) 109
5.1.2 柔性磁驅(qū)馬達(dá) 113
5.1.3 表面行走型磁驅(qū)馬達(dá) 114
5.1.4 磁致動(dòng)的人造纖毛陣列 116
5.2 電驅(qū)動(dòng)的納米馬達(dá) 116
5.2.1 微型二極管馬達(dá) 116
5.2.2 雙極電化學(xué)驅(qū)動(dòng)的微米馬達(dá) 117
5.3 超聲驅(qū)動(dòng)微米馬達(dá) 119
5.4 光驅(qū)動(dòng)微米馬達(dá) 120
5.5 混合動(dòng)力納米馬達(dá) 121
參考文獻(xiàn) 122
第6章 微納米馬達(dá)的應(yīng)用 126
6.1 貨物牽引：藥物運(yùn)輸 126
6.1.1 貨物裝載策略 126
6.1.2 貨物釋放方法 129
6.1.3 藥物遞送：實(shí)現(xiàn)《神奇旅程》的愿景 131
6.2 生物傳感和目標(biāo)分離 132
6.2.1 基于生物馬達(dá)的傳感：“智能塵埃”設(shè)備 132
6.2.2 基于運(yùn)動(dòng)的信號(hào)傳導(dǎo) 134
6.2.3 生物目標(biāo)的分離：“游動(dòng)-捕獲-分離" 136
6.3 微芯片裝置中人造馬達(dá)的主動(dòng)納米尺度運(yùn)輸 139
6.4 基于納米馬達(dá)的表面圖案化和自組裝 141
6.5 利用微納米馬達(dá)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)與修復(fù) 142
參考文獻(xiàn) 143
第7章 結(jié)論和展望 148
7.1 發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)機(jī)遇 148
7.1.1 微納米馬達(dá)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展 149
7.2 未來(lái)的挑戰(zhàn) 150
7.3 總結(jié) 152
參考文獻(xiàn) 153
詞匯表 154
附錄 部分代表性綜述 163