面向DDS的自驱动Pt纳米机器人运动控制机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61403270
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    杨湛
  • 依托单位：
    苏州大学
  • 学科分类：
    F0306.自动化检测技术与装置
  • 结题年份：
    2017
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Chemical self-actuation Robot is a promising driving unit for Drug Delivery System. The dynamic effect between Pt nanorobot motion and driving force, drag force and Brownian force is studied based on Pt nanorobot self –actuation mechanism. A sub-micrometer scale dynamic model is created by Langevin dynamics. An asymmetric Pt nanorobot is design and fabricated by Focus ion beam. A Platform with vision tracking and micro nano force measurement is constructed. Pt nanorobot motion is controlled via morphology, temperature and solution density by experiments in H2O2 solution. Pt nanorobot provide a theoretical basis and technical support for motion control and drug transfer for DDS applications.
化学自驱动机器人是微纳药物递送系统（DDS）理想的驱动单元。以Pt纳米机器人的化学自驱动机理为研究基础，采用理论研究、数学建模、工艺分析和实验验证相结合的研究方法。研究驱动力、流体阻力、Brownian热扰动力对Pt纳米机器人运动的动力学效应。应用langevin动力学方法构建Pt纳米机器人在亚微米尺度下的动力学模型，指导设计非对称Pt纳米机器人。应用聚焦离子束（FIB）的加工方法研制纳米机器人。结合视觉追踪、微纳力测量技术建立微纳机器人实验平台。以形貌、温度、溶液浓度为控制手段，验证Pt纳米机器人在H2O2液体中运动控制方法，实现运动轨迹可控。为DDS的驱动单元的研制和精确到达目标位置的运动轨迹控制提供理论和技术支撑。

结项摘要

微纳米机器人在医疗、生物工程、环境保护等领域有广泛的潜在应用，受到社会各界的广泛关注。化学自驱动微纳米机器人因无需外场、加工简单、成本低等优势，越来越受到世界各国研究者的关注。本项目面向癌症靶向治疗，基于化学自驱动原理，研究铂金（Pt）自驱动微纳米机器人在过氧化氢（H2O2）溶液中的运动机理。基于微观力学、尺度效应理论对微纳米机器人进行受力分析。微纳米机器人重力数量级远小于粘滞力数量级而忽略不计，并且布朗力方向是随机的，在微纳米机器人运动中主要改变运动方向，运动阻力主要是粘滞力。基于微纳米机器人驱动原理、运动学定律和以上理论分析，建立Pt双金属和单金属自驱动微纳米机器人运动模型，有双金属（Pt/Au）自电泳驱动棒状微纳米机器人直线运动、Z型微纳米机器人自旋转运动；单铂金化学自驱动△型微纳米机器人受力平衡和V型微纳米机器人圆周运动。为制备上述四种不同形状与材质的微纳米机器人，本项目开发了结合聚焦离子束（FIB）技术和等离子溅射技术的Pt自驱动微纳米机器人制备方法。利用扫描电子显微镜（SEM）能量弥散 X 射线散射方法（EDX）对双金属微纳米机器人金属层纯度进行检测：Pt层纯度94.28wt%，Au层纯度82.75wt%。针对微纳米机器人操作难、释放难、跟踪难等问题，建立了基于微纳操作器、钨探针的实验操作模块和光学倒置显微镜、高速CCD的视觉跟踪反馈系统的实验操作平台，应用双操作器合作剥离与振动释放微纳米机器人的方法，实现了微纳米机器人的可靠操作、释放与跟踪。在所搭建实验平台基础上，实施了四种Pt自驱动微纳米机器人运动学实验，Pt/Au复合金属棒状微纳米机器人在26%H2O2浓度时达到最大直线运动速度为4 μm/s；Pt/Au复合金属Z型微纳米机器人在7.6%H2O2浓度达到最大自转转速为19rpm；45°、90°和135°三种单铂金△型微纳米机器人平衡了驱动力和布朗力，可有效保持初始位置；90°单铂金V型微纳米机器人在24%H2O2浓度时达到最大圆周运动线速度和最大当量直径为3.42 μm/s和37.1 μm；135°单铂金V型微纳米机器人因驱动力小于粘滞力而不产生运动。针对微纳米机器人难以固定测量驱动力，本论文基于斯托克粘滞力定律、牛顿第二运动定律、四种Pt自驱动微纳米机器人运动模型以及实验结果反推出四种微纳米机器人驱动力，驱动力数量级10-14N到10-13N之间

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（3）
专利数量（0）
基于电诱导沉积方法制备海藻酸钙水凝胶
  • DOI：
    10.16865/j.cnki.1000-7555.2017.04.027
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈韦男;马立;高海洲;陈涛;杨湛
  • 通讯作者：
    杨湛
Phase Transition Experimental and Theoretical Study of Micro Power Generator Supplying Source for CMOS Chip Based on Ferroelectric Ceramic Nano-Porous Material
基于铁电陶瓷纳米多孔材料的CMOS芯片微功率发生器电源相变实验与理论研究
  • DOI：
    10.1166/jnn.2015.9644
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhang Zhenhai;Yu Wei;Shi Zhiguo;Shen Yajing;Zhang Donghong;Li Kejie;Yang Zhan
  • 通讯作者：
    Yang Zhan
Design, Simulation and Fabrication of Triaxial MEMS High Shock Accelerometer
三轴 MEMS 高冲击加速度计的设计、仿真和制造
  • DOI：
    10.1166/jnn.2015.9645
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhang Zhenhai;Shi Zhiguo;Yang Zhan;Xie Zhihong;Zhang Donghong;Cai De;Li Kejie;Shen Yajing
  • 通讯作者：
    Shen Yajing
Dual-MWCNT Probe Thermal Sensor Assembly and Evaluation Based on Nanorobotic Manipulation inside a Field-Emission-Scanning Electron Microscope
基于场发射扫描电子显微镜内纳米机器人操作的双 MWCNT 探针热传感器组装和评估
  • DOI：
    10.5772/59932
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED ROBOTIC SYSTEMS
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Yang Zhan;Wang Pengbo;Shen Yajing;Chen Tao;Chen Liguo;Huang Qiang;Sun Lining;Fukuda Toshio
  • 通讯作者：
    Fukuda Toshio
Self-Actuating Asymmetric Platinum Catalytic Mobile Nanorobot
自驱动非对称铂催化移动纳米机器人
  • DOI：
    10.1109/tro.2013.2291618
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Bao Jingjing;Yang Zhan;Nakajima Masahiro;Shen Yajing;Takeuchi Masaru;Huang Qiang;Fukuda Toshio
  • 通讯作者：
    Fukuda Toshio

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其他文献

An efficient yellow thermally activated delayed fluorescence emitter with universal applications in both doped and non-doped organic light-emitting diodes
一种高效的黄色热激活延迟荧光发射器，在掺杂和非掺杂有机发光二极管中具有普遍应用
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    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Materials Chemistry Frontiers
  • 影响因子：
    7
  • 作者：
    陈晓洁;杨湛;谢宗良;赵娟;杨志涌;张艺;Matthew. P. Aldred;池振国
  • 通讯作者：
    池振国
Recent developments of truly stretchable thin fi lm electronic and optoelectronic devices
真正可拉伸薄膜电子和光电器件的最新进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Nanoscale
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    赵娟;池之荷;杨湛;陈晓洁;Michael S. Arnold;张艺;许家瑞;池振国;Matthew. P. Aldred
  • 通讯作者：
    Matthew. P. Aldred
Recent developments of truly stretchable thin fi lm electronic and optoelectronic devices
真正可拉伸薄膜电子和光电器件的最新进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Nanoscale
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    赵娟;池之荷;杨湛;陈晓洁;Michael S. Arnold;张艺;许家瑞;池振国;Matthew. P. Aldred
  • 通讯作者：
    Matthew. P. Aldred
Boosting quantum efficiency of ultralong organic phosphorescence up to 52% via intramolecular halogen bonding.
提升%20量子%20效率%20of%20超长%20有机%20磷光%20up%20至%2052%%20via%20分子内%20卤素%20键合。
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Angew. Chem. Int. Ed.
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨湛;徐超;李文朗;毛竹;葛向宇;黄秋忆;邓皇俊;赵娟;Gu Fenglong;张艺;池振国
  • 通讯作者：
    池振国
面向超分辨光学成像的浸没微球透镜控制
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    光学精密工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈涛;孟凯;杨湛;刘会聪;孙立宁
  • 通讯作者：
    孙立宁

其他文献

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杨湛的其他基金

基于电子束诱导的纳米结构成形机理与调控方法研究
  • 批准号：
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    2017
  • 资助金额：
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    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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