纳米机器 基础与应用PDF电子书下载

第1章 基础知识：小尺度下的驱动 1

1.1引言 1

1.2纳米机器的发展史 3

1.3纳米尺度驱动的挑战 4

1.4低雷诺数流体力学 7

参考文献 9

第2章 自然界纳米游体的运动 14

2.1引言 14

2.2化学驱动的马达蛋白 15

2.2.1生物马达：细胞中的活性主力 15

2.2.2蛋白马达的工作基本原理 16

2.2.3驱动蛋白 18

2.2.4肌球蛋白 19

2.2.5动力蛋白 22

2.2.6微芯片器件中基于生物马达的主动纳米尺度输运 22

2.3旋转生物马达 25

2.4游动的微生物 27

2.4.1细菌鞭毛-大肠杆菌 28

2.4.2精子的运动 29

2.4.3纤毛驱动的草履虫游动 30

2.4.4细菌的输运与致动 31

参考文献 32

第3章 分子机器 38

3.1应激响应型轮烷、类轮烷以及索烃纳米机器人 39

3.2分子旋转马达 46

3.3基于顺反异构化的光驱动分子机器 48

3.3.1偶氮苯类纳米机器 48

3.4纳米汽车 50

3.5 DNA纳米机器 52

3.5.1酶辅助DNA自主纳米机器 56

3.5.2 DNA蜘蛛 57

3.5.3 pH和光引发的可开关DNA机器 58

参考文献 59

第4章 化学自驱动装置 66

4.1自驱动催化纳米线马达 68

4.1.1催化纳米线马达的运动机理 72

4.1.2催化纳米线马达的磁导向运动 73

4.2催化微管马达 74

4.2.1管状微引擎的气泡推进机理 76

4.2.2管状微引擎的制备 78

4.3具有催化活性的Janus微粒：球形马达 81

4.3.1催化Janus颗粒马达的制备 81

4.3.2催化Janus球形马达的推进机理 84

4.4化学驱动微纳马达的运动控制 86

4.4.1热控纳米马达 87

4.4.2催化马达的光控制 88

4.4.3催化马达的电控制 88

4.5为化学驱动的微/纳米马达寻找替代燃料 89

4.6集体行为：集群与趋化性 91

4.6.1微粒的触发自组装 91

4.6.2趋化性：沿浓度梯度运动 93

4.7生物催化驱动 95

4.8化学物质非对称释放引发的运动 98

4.9聚合诱导反应引发的运动 99

参考文献 99

第5章 外场驱动的无需燃料纳米马达 108

5.1磁驱动的纳米马达 108

5.1.1螺旋状磁驱马达 109

5.1.2柔性磁驱马达 113

5.1.3表面行走型磁驱马达 114

5.1.4磁致动的人造纤毛阵列 116

5.2电驱动的纳米马达 116

5.2.1微型二极管马达 116

5.2.2双极电化学驱动的微米马达 117

5.3超声驱动微米马达 119

5.4光驱动微米马达 120

5.5混合动力纳米马达 121

参考文献 122

第6章 微纳米马达的应用 126

6.1货物牵引：药物运输 126

6.1.1货物装载策略 126

6.1.2货物释放方法 129

6.1.3药物递送：实现《神奇旅程》的愿景 131

6.2生物传感和目标分离 132

6.2.1基于生物马达的传感：“智能尘埃”设备 132

6.2.2基于运动的信号传导 134

6.2.3生物目标的分离：“游动-捕获-分离” 136

6.3微芯片装置中人造马达的主动纳米尺度运输 139

6.4基于纳米马达的表面图案化和自组装 141

6.5利用微纳米马达进行环境监测与修复 142

参考文献 143

第7章 结论和展望 148

7.1发展现状和未来机遇 148

7.1.1微纳米马达在医学领域的未来发展 149

7.2未来的挑战 150

7.3总结 152

参考文献 153

词汇表 154

附录 部分代表性综述 163