纳米马达

纳米马达是一个分子或纳米级能够将能量转换成运动的装置。它通常可以产生力量的顺序piconewtons。

尽管纳米粒子已被艺术家利用了多个世纪，例如在著名的Lycurgus杯中，但直到最近才开始对纳米技术进行科学研究。1959年，理查德·费曼（Richard Feynman）在加州理工学院举行的美国物理学会会议上作了题为“ 底部有足够的空间 ”的著名演讲。他继续进行科学的押注，认为没有人能在任何一侧设计出小于400 µm的电动机。下注的目的（和大多数科学上的下注一样）是为了激励科学家开发新技术，任何能够开发纳米马达的人都可以索取1000美元的xxx。但是，威廉·麦克莱伦（William McLellan）挫败了他的目标，他在没有开发新方法的情况下制造了纳米电机。尽管如此，理查德·费曼（Richard Feynman）的演讲激发了新一代科学家对纳米技术的研究。

纳米马达因其克服低雷诺数存在的微流体动力学的能力而成为研究重点。扇贝理论解释说，纳米电动机必须打破对称性才能以低雷诺数产生运动。此外，必须考虑布朗运动，因为粒子与溶剂之间的相互作用会极大地影响纳米马达穿过液体的能力。在设计新的纳米电机时，这可能会带来严重的问题。当前的纳米马达研究试图克服这些问题，并且这样做可以改善当前的微流体装置或产生新技术。

2004年，Ayusman Sen和Thomas E. Mallouk制造了xxx台合成和自主的纳米电机。两微米长的纳米马达由铂和金两个部分组成，可以与水中的稀释过氧化氢催化反应以产生运动。Au-Pt纳米电机具有自主的非布朗运动，该运动是通过化学梯度催化生成而产生的。如所暗示的，它们的运动不需要外部磁场，电场或光场的存在来指导它们的运动。通过创建自己的局部场，据说这些电动机通过自电泳。Joseph Wang在2008年通过将碳纳米管并入铂链段中，极大地增强了Au-Pt催化纳米马达的运动。

自2004年以来，除了具有不同形状的纳米和微型电动机外，还开发了不同类型的基于纳米管和纳米线的电动机。这些电动机中大多数都使用过氧化氢作为燃料，但也有一些明显的例外。

这些卤化银和银铂纳米电动机由卤化物燃料提供动力，卤化物燃料可通过暴露于环境光下进行再生。有些纳米电机甚至可以通过多种刺激以不同的响应来推动。这些多功能纳米线根据所施加的刺激（例如化学燃料或超声波功率）沿不同方向移动。例如，双金属纳米马达已经表现出通过化学和声学刺激的结合而发生流变，从而随着流体的流动而发生逆流运动。在德国德累斯顿，卷起的微管纳米马达通过利用气泡参与催化反应来产生运动。在不依靠静电相互作用的情况下，气泡引起的推进使电动机能够在相关的生物流体中运动，但通常仍需要有毒燃料，例如过氧化氢。这限制了纳米马达的体外应用。然而，约瑟夫·王和张良芳首次使用胃酸作为燃料描述了微管马达的一种体内应用。催化纳米马达的未来研究对于重要的货物牵引应用具有重大前景，从细胞分选微芯片设备到定向药物输送，应有尽有。

最近，在开发酶促纳米马达和微型泵方面已有更多研究。在低雷诺数下，单分子酶可以充当自主的纳米马达。Ayusman Sen和Samudra Sengupta展示了自供电微型泵如何增强颗粒运输。此概念验证系统证明，酶可以成功地用作纳米马达和微型泵中的“引擎”。此后显示，当在其底物溶液中涂有活性酶分子时，颗粒本身将扩散得更快。此外，通过微流体实验已经看到，酶分子将在其底物梯度上进行定向游动。这仍然是仅基于活性的分离酶的xxx方法。另外，级联中的酶也已经显示出基于底物驱动的趋化性的聚集。开发酶驱动的纳米马达有望激发新的生物相容性技术和医学应用。

研究的一个提议分支是将活细胞中发现的分子运动蛋白整合到植入人工设备中的分子运动中。这样的运动蛋白将能够通过蛋白动力学在设备中移动“货物”，这类似于驱动蛋白如何沿着细胞内微管的轨道移动各种分子。开始和停止这种运动蛋白的运动将涉及在对紫外线敏感的分子结构中锁定ATP。因此，紫外线照射脉冲将提供运动脉冲。已经描述了基于响应于各种外部触发的DNA的两个分子构象之间的变化的DNA纳米机器。

另一个有趣的研究方向已导致产生涂覆有磁性材料的螺旋二氧化硅颗粒，可以使用旋转磁场对其进行操纵。

这样的纳米马达不依赖于化学反应来为推进提供燃料。三轴亥姆霍兹线圈可在空间中提供定向的旋转场。最近的工作表明，这种纳米马达如何可用于以几微米的分辨率测量非牛顿流体的粘度。该技术有望在细胞和细胞外环境中产生粘度图。已经证明这种纳米马达在血液中运动。最近，研究人员设法控制了此类纳米马达在癌细胞内的移动，从而使它们能够追踪细胞内的模式。