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加速和打破自适应纳米胶体(<100纳米)进入非稳态操作的推挽效应。

Accelerating and breaking adaptive nano-colloids (<100 nm) into unsteady state operation push-pull effects.

作者信息

Lanz Cornelia, Künnecke Nele, Krysiak Yaşar, Polarz Sebastian

机构信息

Institute of Inorganic Chemistry, Leibniz Universität Hannover, Callinstrasse 9, D-30167 Hannover, Germany.

出版信息

Nanoscale. 2024 Aug 15;16(32):15358-15365. doi: 10.1039/d4nr01644k.

DOI:10.1039/d4nr01644k
PMID:39087938
Abstract

Unlike conventional colloids showing random mobility because of Brownian motion, active colloids contain nanomotors that translate chemical or physical triggers into directed movement. Whereas the acceleration of such particles works well, it is difficult to decelerate them by request. Compared to the existing literature on microscaled swimmers/robots, the main question of the current paper is whether nanoscaled colloids (<100 nm) can also be actively controlled despite the stronger relevance of rotational diffusion at such dimensions. We developed nanoparticles comprising two independent mechanisms for propulsion: a chemical engine associated with a Janus-type modification of organosilica nanoparticles and physical locomotion because of a superparamagnetic core inside these particles. Both triggers can be used independently to initiate the particles' directed and anisotropic movement. The magnetic forces can be tuned, most importantly concerning the angle defining the chemical acceleration. Superposition and a boost state are adopted for a parallel alignment. However, when the magnetic field acting on the particles is turned to an antiparallel orientation, a rapid deceleration can be observed, and the colloids halt.

摘要

与因布朗运动而呈现随机移动性的传统胶体不同,活性胶体包含能将化学或物理触发因素转化为定向运动的纳米马达。虽然此类粒子的加速效果良好,但按要求使其减速却很困难。与现有关于微观尺度游泳者/机器人的文献相比,本文的主要问题是,尽管在这种尺寸下旋转扩散的相关性更强,但纳米尺度的胶体(<100纳米)是否也能被主动控制。我们开发了具有两种独立推进机制的纳米粒子:一种是与有机硅纳米粒子的Janus型修饰相关的化学引擎,另一种是由于这些粒子内部的超顺磁性核心而产生的物理移动。两种触发因素都可独立用于启动粒子的定向和各向异性运动。磁力可以调节,最重要的是涉及定义化学加速的角度。采用叠加和增强状态实现平行排列。然而,当作用于粒子的磁场转向反平行方向时,可以观察到快速减速,胶体停止移动。

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