[发明专利]一种用于杀菌的螺旋藻基微米马达的制备方法

说明书

本发明提出一种用于杀菌的螺旋藻基微米马达的设计与制备方法，利用自然界中广泛存在的生物材料螺旋藻，经过磁性四氧化三铁纳米粒子和单质金属银修饰，制备出磁驱动式螺旋微米马达，并且利用微马达具有可控高速运动的特点，实现对大肠杆菌高效的靶向接触式杀灭。本发明中的螺旋藻基微米马达，制备原料易得，价格低廉，适合工业化大规模生产，并且简化了磁驱动螺旋马达的制备工艺，进一步降低成本。

技术领域

本发明涉及微米马达技术领域，尤其是涉及一种用于杀菌的螺旋藻基微米马达的制备方法。

背景技术

微纳马达是指在外界各种能量(光、声、磁、电、化学能等)的刺激下，尺寸为微米或者纳米级别的，具有可控运动性能且可执行任务的微观器件^[1]。它们如同一个个微小的运动可控的移动平台，功能化修饰后，可在微米或纳米空间内进行各种复杂而精确的任务，如检测^[2]、控释^[3]、净化^[4]、靶向^[5]、医疗^[6]等等，其应用范围涉猎非常广泛。在众多类型的微纳马达中，磁场驱动型微纳马达由于其可远程操控，对生物体无毒害副作用，在生物医学和环境学中应用潜力巨大。受到大肠杆菌等通过旋转鞭毛产生定向运动的细菌的启示,研究者开发了许多磁驱动的螺旋推动式微纳米机器人，这类机器人包含螺旋型结构和磁性材料2种基本成分。通过实时调控电磁线圈电流的强度、频率、相位及开关方式等,产生非均匀磁场，从而对磁性微纳米机器人施加可控的磁力或磁力矩，就可以为微纳米机器人提供动力和多自由度运动控制。进一步的，可将磁驱动微纳马达应用于水体杀菌，如研究者制备的Pd/Ni/Ag微米马达^[7]，这种螺旋结构的马达通过表面的纳米银与水体中的细菌直接接触，破坏细菌的细胞膜，从而杀灭大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，并且Pd/Ni/Ag微米马达通过运动极大提升与水体中细菌的接触几率，因此相对于静态的杀菌处理，可大幅提高杀菌效率。

目前的螺旋式微纳马达在构建螺旋结构时通常会用到Au,Pd,Ti等贵金属，制备成本很高，限制了其实际应用。从制备工艺上来讲，主要有模板辅助电沉积法^[7]，掠射角沉积技术，自卷曲技术^[8]，三维激光直写技术^[9]等，工艺十分复杂，成本高，并且只能微量制备，无法满足大规模应用的需求。与此相对的，螺旋藻这种自然界中广泛存在的微生物，其自有的螺旋结构使它满足磁驱动微纳马达的基本条件，而且培养简单，可大规模生产，成本低廉，对环境无毒无害，是制备磁驱动螺旋马达的理想材料。我们在螺旋藻表面修饰一层四氧化三铁磁性纳米粒子，通过调整电磁场参数，就可以赋予螺旋藻基微米马达运动能力。相对于传统的纳米银杀菌材料，对细菌的处理是静态的被动的，进一步对螺旋藻基微米马达表面修饰一层纳米银杀菌剂，通过马达的在水体中高速运动，实现与细菌更加迅速有效的接触，从而对细菌进行高效杀灭。因此本发明相对于其他种类的磁驱动螺旋马达，不仅成本更低，杀菌能力强，而且简化了制备工艺，可满足大规模生产的需要。

发明内容

本发明提出一种用于杀菌的螺旋藻基微米马达的制备方法，利用自然界中广泛存在的生物材料螺旋藻，经过磁性四氧化三铁纳米粒子和单质金属银修饰，制备出磁驱动式螺旋微米马达，并且利用微马达具有可控高速运动的特点，实现对大肠杆菌高效的靶向接触式杀灭。本发明中的螺旋藻基微米马达，制备原料易得，价格低廉，适合工业化大规模生产，并且简化了磁驱动螺旋马达的制备工艺，进一步降低成本。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于杀菌的螺旋藻基微米马达的制备方法，包括：

步骤一，对螺旋藻进行水热碳化处理，配体积比为14:1的水/戊二醛溶剂，取活体螺旋藻加入，于120℃烘箱中水热碳化8小时,反应完毕,用水和乙醇各洗3次，备用；

步骤二，制备四氧化三铁纳米粒子，配制0.5M氢氧化钠溶液10ml，配制含有0.008M氯化铁和0.016M的硫酸亚铁溶液10ml，将两者混合，超声反应1小时，将黑色沉淀水洗3次，备用；