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