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  据美国物理学家组织网1月18日报道,加州大学圣迭戈分校的科学家设计并制造出了一种新型微型马达,可在强酸环境中利用氢气气泡进行驱动,而无需额外燃料。这种微型马达能在pH值很低的情况下,以每秒钟1000微米左右的速度行进,因而得名“微型火箭”,能够广泛应用于生物医学和工业领域,如探测胃中的酸度变化等。相关研究发表在近期出版的《美国化学学会会刊》上。

  此前,科研人员已设计出多种自驱动的微型马达,其中许多都是以氧气气泡作为推动力,这需要高浓度的过氧化氢作为辅助燃料。同时,由于高浓度的过氧化氢对人体有害,因而制约了它们的实际应用,尤其是在生物医学领域的使用。

  这款“微型火箭”的外形为管状,长约10微米,直径介于2微米至5微米之间。研究人员利用普通的聚苯胺制成了“微型火箭”模板,随后在其内表面上电镀上薄锌层。当“微型火箭”浸入高浓度的酸性溶液中,锌就会失掉电子,并促进氢气气泡的产生。在此过程中,科学家也试用了铁和铅等金属,但它们生成气泡的效果都远不如锌。

  试验证明,“微型火箭”的速度会随着溶液pH值的降低而上升。其最高的运行速度可达1050微米/每秒,由直径为5微米的微型火箭在pH值为-0.2的状态下实现。当pH值升至1.3时,其运行速度会下降至10微米/每秒。虽然“微型火箭”只适用于有限的pH值范围,但科学家表示,它们可在pH值介于0.8至2.0之间的人类胃中发挥作用,同时它还可应用于人类的血清之中。

  数据显示,这些“微型火箭”的寿命可从10秒到2分钟不等,具体取决于锌的溶解速率。“火箭”所承载的锌越多,溶液的pH值越高,它们的寿命也越长。

  另外,“微型火箭”还能够控制自己的移动方向,甚至被“拾起”并释放所携物质。这可通过在“火箭”的外表面沉积磁性层实现:通过磁性引导装置去往该去的方向。研究团队展示了“火箭”利用磁性机制“捕获”聚苯乙烯“货物”,并将其运输到指定路径,然后通过快速变化磁场方向将其释放。

  科学家表示,这是首个由化学物质提供动力而无需额外燃料的自驱动“微型火箭”实例。其最大优势就是可利用周围的酸性环境作为“燃料”,极大扩展自身的应用范围,有望广泛应用于生物医学或工业领域,如靶标药物传送、纳米成像和监控半导体加工等工业生产过程。此外,由于“微型火箭”的速度与溶液的pH值直接相关,这款装置也可以用于pH值的感测,如探测胃中的酸度变化等。

  科研人员称,随着进一步的改进和优化,他们希望“微型火箭”能适用于更加温和的工作环境,并有效延长寿命。此外,他们还将通过探索更多的新材料,使微型马达能适应更多的新环境。

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channelId 1 1 美国研发“微型火箭” 可在胃中运行 1 加州大学圣迭戈分校的科学家设计并制造出了一种新型微型马达,可在强酸环境中利用氢气气泡进行驱动,而无需额外燃料