镓铟锡合金纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用与流程

本发明涉及一种镓铟锡合金纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用，属于镓铟锡合金纳米棒的制备以及其作为酶-电泳驱动的纳米马达的应用技术领域。

背景技术：

作为近几年的研究热点，液态金属受到了大量科研工作者的关注。其中，镓铟锡合金(galinstan)克服了纯的金属镓在零上低温的环境下即无法呈液态的缺陷，镓铟锡合金的熔点可以低至-19℃，在大多数低温环境下都能保持液态，这使得镓铟锡合金可以有更广泛的应用类型和方法，尤其是当达到纳米尺度时，镓铟锡合金的物理、化学性质可能表现出与块体状态下的不同，这为纳米科学提示了新的研究方向。

人造微纳米马达是近年来纳米科学的研究热点之一，液态金属作为热点材料，同样可以应用于微纳米马达的研究中。利用超声场下物理分散可以制备较小纳米粒子的优点，采用超声破碎制备尺度较小的镓铟锡合金的液态金属纳米棒，并利用纳米棒的表面电荷，使其在酶促反应下形成的电场中运动并聚集。这一思路将拓展液态金属和微纳米马达在生物医药相关领域的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述背景技术提出的问题，进而提供一种镓铟锡合金纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种镓铟锡合金纳米棒的制备方法，步骤如下：

步骤一、按照1g镓铟锡合金对应20ml分散介质投料，分散介质为去离子水、甲醇与乙醇的混合物；

步骤二、使用探头式超声破碎仪进行超声破碎，超声功率控制在800～1000w，时间为3～6h，期间注意补充因超声空化损失的分散剂，补充时使用的分散剂原则上与本步骤开始时使用的分散剂配比相同；

步骤三、超声结束后，将获得的分散系静置10～14h，使其充分老化；

步骤四、将老化后的分散系在750*g条件下离心2～4min，取上清液，上清液中即包含制备的镓铟锡合金液态金属纳米棒，镓铟锡合金液态金属纳米棒的直径为50～200nm，长度为0.6～1.3μm。

步骤一中，所述分散介质中去离子水、甲醇与乙醇的体积比是7:1:2。

步骤一中，所述分散介质中去离子水、甲醇与乙醇的体积比是3:1:1。

步骤二中，所述超声功率控制在800w，时间为5h。

步骤二中，所述超声功率控制在900w，时间为4h。

步骤二中，所述超声功率控制在800w，时间为3h。

步骤二中，所述超声功率控制在1000w，时间为6h。

步骤三中，超声结束后，将获得的分散系静置12h。

步骤四中、将老化后的分散系在750*g条件下离心3min。

镓铟锡合金液态金属纳米棒做为纳米马达的应用，将镓铟锡合金液态金属纳米棒放入分散介质中，在酶促反应造成的离子梯度作用下，使镓铟锡合金液态金属纳米棒向酶促反应发生的区域聚集，获得具有图案化的群体行为的酶-电泳驱动的微纳米马达。

本发明中马达的运动原理是：镓铟锡合金液态金属纳米棒的表面带负电荷，利用酶促反应，在酶促反应发生的区域产生阳离子，即正电荷，正电荷向外扩散，形成电场梯度，由于电泳的作用，镓铟锡合金纳米马达会向正电荷密度大的区域移动，一段时间之后，就会形成围绕酶促反应区域的图案。

本发明的制备方法过程简单易操作，电泳驱动的液态金属纳米马达具有很好的可控聚集性，与酶促反应结合使该聚集行为具有更高的生物相容性，在生物医药相关领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为采用镓金属制备的液态金属纳米棒的扫描电镜照片，标尺3μm。

图2为采用镓金属制备的液态金属纳米棒的透射电镜照片，标尺500nm。

图3为镓铟锡合金纳米马达在聚集形成图案的对比照片：上图为聚集前照片；下图为聚集后照片，标尺50μm。

具体实施方式

下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1

本实施例中采用的分散介质为去离子水、甲醇与乙醇的混合物，所述分散介质中去离子水、甲醇与乙醇的体积比是7:1:2，制备所用仪器为超声破碎仪。

将镓铟锡合金与混合分散剂按照1g液态金属对应20ml分散介质放入烧杯中，800w功率下超声破碎5h，超声结束后，静置12h，750*g离心3min，取上清液保存。

制备的纳米棒长度0.6～1.0μm，直径约120nm。

实施例2

本实施例中采用的分散介质为去离子水、甲醇与乙醇的混合物，所述分散介质中去离子水、甲醇与乙醇的体积比是7:1:2，制备所用仪器为超声破碎仪。

将镓铟锡合金与混合分散剂按照1g液态金属对应20ml分散介质放入烧杯中，900w功率下超声破碎5h，超声结束后，静置12h，750*g离心3min，取上清液保存。

制备的纳米棒长度0.8～1.2μm，直径约100nm。

实施例3

本实施例中采用的分散介质为去离子水、甲醇与乙醇的混合物，所述分散介质中去离子水、甲醇与乙醇的体积比是3:1:1，制备所用仪器为超声破碎仪。

将镓铟锡合金与混合分散剂按照1g液态金属对应20ml分散介质放入烧杯中，800w功率下超声破碎3h，超声结束后，静置12h，750*g离心3min，取上清液保存。

制备的纳米棒长度1～1.3μm，直径约130nm。

实施例4

本实例中采用的分散介质为去离子水、甲醇与乙醇的混合物，去离子水、甲醇与乙醇的体积比是3:1:1，制备所用仪器为超声破碎仪。

将镓铟锡合金与混合分散剂按照1g液态金属对应20ml分散介质放入烧杯中，1000w功率下超声破碎6h，超声结束后，静置12h，750*g离心3min，取上清液保存。

制备的纳米棒长度0.6～0.9μm，直径约70nm。

实施例5

液态金属纳米棒结构的评价方法和结果。

使用扫描电子显微镜(feiquanta200f,usa)和透射电子显微镜(hitachih-7650,japan)表征制备的镓铟锡合金纳米棒的形貌，观察发现，制备的纳米棒普遍呈圆柱形，扫描电镜二次电子模式下能观察到侧面的曲面形貌，单根纳米棒的各部分直径基本一致；纳米棒的长度为0.6～1.3μm，直径为50～200nm。

实施例6

镓铟锡合金纳米马达在酶促反应下的可控聚集

本实施例中，需要制备限制酶促反应区域的水凝胶小块，具体步骤如下：

步骤一、配置浓度为5mg/ml的海藻酸钠溶液，并在其中掺杂葡萄糖氧化酶，掺杂浓度为1mg/ml；

步骤二、取步骤一中配制的溶液5ml，向其中加入5mol/l的氯化钙溶液0.2ml，迅速将该溶液混合均匀，并倒入洁净的塑料培养皿中；

步骤三、静置，待海藻酸钙水凝胶固化以后，取出水凝胶，并切成1mm*1mm方块，浸泡在磷酸盐缓冲液中备用。

本实施例中，需要准备聚二甲基硅氧烷通道，具体步骤如下：

步骤一、在洁净的载玻片表面铺展预混完毕的二甲基硅氧烷单体/交联剂混合物，铺展层厚度大约为1mm，80℃下交联2h；

步骤二、交联完成后，取出载玻片，用手术刀在聚二甲基硅氧烷中刻划出10mm*2mm的沟槽，作为通道备用。

本实施例的主要实验步骤如下：

步骤一、将镓铟锡合金纳米马达(镓铟锡合金液态金属纳米棒)加入0.001mol/l的葡萄糖溶液中，混合的数量浓度约为10⁵/ml；

步骤二、将步骤一中的混合物加入准备好的聚二甲基硅氧烷通道中，并在通道靠近一侧的位置放入准备好的掺杂了葡萄糖氧化酶的海藻酸钙水凝胶小块，水凝胶用医用止血胶粘在牙签上，使之固定并可以悬浮在通道内液体中，与液体接触但不与通道底部接触；

步骤三、使用光学显微镜系统(olympusckx-41,japan)观察并记录镓铟锡合金纳米马达的运动情况，观察发现，加入含酶的水凝胶小块120min后，镓铟锡合金纳米马达出现了明显的聚集现象。

本实施例验证了电泳驱动的液态金属纳米马达的可控聚集性，与酶促反应结合使该聚集行为具有更高的生物相容性，应用前景广阔。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。