化学的エネルギーの直接変換により運動する機能性マイクロ／ナノロボットの構築

构建通过化学能直接转换移动的功能性微/纳米机器人

基本信息

批准号：
14J02405
负责人：
吉積義隆
金额：
$ 2.18万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

生体中にはナノスケールで自律的運動や機械的仕事を行う様々な分子機構が存在し、高度かつ複雑な生命現象を支えている。このような天然ナノマシンに匹敵する素子を人工的に構築できれば、細胞工学や材料工学における有用なツールとなると期待される。こうした機能性のデバイスの創製に向けた試みが近年盛んになされているが、柔軟な分子構造が協同的に機能する天然ナノマシンのような多様な動作や高効率な仕事をさせるに至っていない。天然のナノマシンに倣い、構造中に可動部位（関節様構造）を組み込むことが有効な方策として考えられるが、そのような構造の作製は従来のフォトリソグラフィー等の微細加工技術のみでは一般的に困難であり、実験的な知見はほとんど得られていない。そこで本研究では、関節構造を持つマイクロモータの構築手法を提案し、周囲の環境に応答した変形運動といった単純な並進運動を超えた高度な運動性の実現を図った。本モータは、陽極酸化ポーラスアルミナ内で電析させた酸化銅(I)／金／ニッケルマイクロロッドを基本構造としている。ここで、ニッケル部位は外部磁場により予め磁化されており、例えば、２本の酸化銅(I)／金／ニッケルロッドを近接させることでニッケル部位同士を結合させ、関節構造を持つマイクロモータを形成することができる。本モータを純水中で観察すると、ブラウン運動による接合部のゆらぎが観察された。このことより、この関節が可動的なものであることが分かる。さらに、紫外光照射下での過酸化水素水溶液における酸化銅(I)／金上での電気化学反応による自発駆動力と、外部磁場の印加との組み合わせにより、関節構造の可逆的な開閉運動が実現された。以上は、可動部位を持つ構造の作製法とその力学的挙動の実験的評価手段を提供するものである。これにより、高度な運動性を有するマイクロモータの構築の一つの道筋が示されるものと考えられる。

活有机体包含各种分子机制，可以在纳米尺度上执行自主运动和机械工作，支持先进和复杂的生物现象。如果能够人工构建与此类天然纳米机器相当的装置，则有望成为细胞工程和材料工程中的有用工具。尽管近年来人们做出了许多尝试来创建此类功能设备，但它们尚未能够执行多种操作或执行类似于天然纳米机器的高效任务，天然纳米机器具有协同工作的灵活分子结构。模仿自然纳米机器并将可移动部件（关节状结构）纳入结构中被认为是一种有效的策略，但仅使用光刻等传统微加工技术通常很难创建这种结构，但获得的实验知识却很少。。因此，在本研究中，我们提出了一种构建具有关节结构的微电机的方法，旨在实现超越简单平移运动的高级移动性，例如响应周围环境的变形运动。该电机的基本结构是沉积在阳极氧化多孔氧化铝内的氧化铜(I)/金/镍微棒。这里，镍部件预先通过外部磁场磁化，例如，通过将两根氧化铜(I)/金/镍棒靠近在一起，将镍部件粘合在一起以形成具有铰接结构的微型电机。你可以。当在纯水中观察该电机时，观察到由于布朗运动而引起的关节波动。这表明该关节是可动的。此外，结合氧化铜（I）/金在过氧化氢水溶液中在紫外光照射下发生电化学反应产生的自发驱动力和应用外磁场实现。以上提供了一种用于制造具有可移动部件的结构的方法以及用于通过实验评估其机械行为的装置。这被认为提供了一种构建具有先进移动性的微电机的途径。