一种自驱动Au-Zn纳米马达及其制备方法和应用

一种自驱动au-zn纳米马达及其制备方法和应用技术领域1.本发明属于纳米马达技术领域，具体涉及了一种自驱动au-zn纳米马达及其制备方法和应用。背景技术：2.纳米马达是一种可以将其他形式能量转换为动能，实现自身在液态介质中运动以及同时执行复杂任务的微小器件。根据纳米马达驱动的能量来源可以分为由化学反应产生的化学能驱动型或外界物理能驱动型(光能、声能、磁能、电能)纳米马达。化学能驱动型纳米马达，是一种通过化学反应提供能量的纳米马达，目前，通常以h2o2、hcl、n2h4、i2等为燃料报道较多；物理能量驱动型纳米马达则是指通过外界物理场提供能量来驱动的纳米马达，如光驱动纳米马达、声驱动纳米马达、磁驱动纳米马达、电驱动纳米马达等。3.其中，化学驱动方式中常见的气泡驱动纳米马达是选取合适的化学燃料，通过化学反应产生气泡脱离纳米马达而形成反作用推力来驱动纳米马达运动。然而，气泡驱动在实际的应用中存在一些问题，例如，在液体介质运动过程中存在粘性阻力，会对纳米马达的运动效率产生一定的影响；且在纳米马达的推进过程中产生的气泡可能会对纳米马达的运动产生干扰。因此，急需开发一种可以根据环境的改变自适应地调整其运动的方向的纳米马达，从而减少对纳米马达运动的干扰。技术实现要素：4.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种自驱动au-zn纳米马达及其制备方法和应用，本发明中的自驱动au-zn纳米马达在运动过程中没有气泡产生，避免了气泡对于自驱动au-zn纳米马达的运动的影响，且自驱动au-zn纳米马达的运动过程中所形成的图像可以用于制备生物检测中复杂的图案。此外，本发明中的自驱动au-zn纳米马达除了与被动粒子之间具有相互作用外，还可以和活性物质甚至是生物实体发生相互作用，可以为生物进化中活性材料的组织行为、凝聚物和细胞组分簇的形成提供新的思路。5.本发明的第一个方面，提供了一种自驱动au-zn纳米马达，所述自驱动au-zn纳米马达呈空心管状。6.根据本发明中第一方面的内容，在本发明的一些实施方式中，所述自驱动au-zn纳米马达的长度为3～7μm。7.在本发明的一些优选实施方式中，所述自驱动au-zn纳米马达的外直径为320～500nm，内直径为150～260nm。8.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述自驱动au-zn纳米马达的外直径为417nm，内直径为204nm。9.在本发明的一些优选实施方式中，所述自驱动au-zn纳米马达中一端为含au材料，一端为含zn材料。10.在本发明的一些优选实施方式中，所述自驱动au-zn纳米马达中au的原子百分比为85～95％，zn的原子百分比为5～15％。11.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述自驱动au-zn纳米马达中au的原子百分比为91.9％，zn的原子百分比为8.1％。12.在本发明的一些更优选实施方式中，所述自驱动au-zn纳米马达中含au材料端的管长度为1～2μm，含zn材料端的管长度为2～5μm。13.在本发明的一些更优选实施方式中，所述au材料包括au或其盐，优选为au。14.在本发明的一些更优选实施方式中，所述zn材料包括zn或其盐，优选为zn。15.在本发明的一些优选实施方式中，所述自驱动au-zn纳米马达的驱动力来自水。16.在本发明的一些优选实施方式中，所述自驱动au-zn纳米马达的推动过程中没有气泡产生。17.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述自驱动au-zn纳米马达的空心管状结构的形成是由电化学沉积的沉积电压控制。18.本发明的第二方面，提供了本发明的第一方面所述的自驱动au-zn纳米马达的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：19.(1)在具有通透孔洞结构的聚碳酸酯滤膜一侧设置金层，所述金层用于封闭聚碳酸酯滤膜一侧的孔洞，得到沉积模具，其中，所述孔洞的直径为250～500nm，长度为10～20μm，所述金层的厚度为60～150nm；20.(2)向所述沉积模具中远离金层封闭的一侧的孔洞内沉积au和zn；21.(3)去除所述沉积模具，得到自驱动au-zn纳米马达。22.根据本发明第二方面的内容，在本发明的一些实施方式中，电化学沉积采用三电极体系，其中，工作电极为聚碳酸酯滤膜，参比电极为ag/agcl电极，对电极为石墨棒电极。23.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(1)中聚碳酸酯滤膜的孔径为400nm。24.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(1)中聚碳酸酯滤膜的长度为15μm。25.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(1)中的金层是使用蒸镀的方式设置在聚碳酸酯滤膜一侧。26.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(1)中的金层的厚度为100nm。27.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(2)中au的沉积方法为电化学沉积，其中，电镀液为含亚硫酸金钠的市售电镀液，型号为24k黄金水，购买厂家为微蓝科技有限公司。28.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(2)中au的沉积中，电化学沉积的电压为-0.5～-1.2v。29.在本发明的一些更优选实施方式中，步骤(2)中au的沉积中，电化学沉积的电压为-0.9v。30.在本发明的一些优选的实施方式中，步骤(2)中au的沉积中，电化学沉积的时间为10～20min。31.在本发明的一些更优选的实施方式中，步骤(2)中au的沉积中，电化学沉积的时间为15min。32.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(2)中zn的沉积方法为电化学沉积，其中，电镀液为znso4·7h2o和h3bo3的混合物。33.在本发明的一些更优选实施方式中，所述混合物的体积为30～70ml。34.在本发明的一些更优选实施方式中，所述混合物的体积为50ml。35.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(2)中zn的沉积中，电化学沉积的电压为-0.8～-2v。36.在本发明的一些更优选实施方式中，步骤(2)中zn的沉积中，电化学沉积的电压为-1.23v。37.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(2)中zn的沉积中，电化学沉积时间为10～20min。38.在本发明的一些更优选实施方式中，步骤(2)中zn的沉积中，电化学沉积时间为15min。39.在本发明的一些更优选实施方式中，在znso4·7h2o和h3bo3的混合物中，znso4·7h2o和h3bo3的初始浓度比为(1～3)：(0.5～2)。40.在本发明的一些更优选实施方式中，所述混合物中znso4·7h2o的初始浓度为0.1～0.3mol/l。41.在本发明的一些更优选实施方式中，所述混合物中znso4·7h2o的初始浓度为0.2mol/l。42.在本发明的一些更优选实施方式中，所述混合物中h3bo3的初始浓度为0.05～0.2mol/l。43.在本发明的一些更优选实施方式中，所述混合物中h3bo3的初始浓度为0.1mol/l。44.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(3)中去除沉积模具中聚碳酸酯滤膜表面的金层的方法为物理摩擦法。45.在本发明的一些优选实施方式中，步骤(3)中去除沉积模具中聚碳酸酯滤膜的方法为溶液溶解法。46.在本发明的一些更优选实施方式中，步骤(3)所述的溶液为二氯甲烷和四氢呋喃中的一种或几种。47.在本发明的一些更优选实施方式中，步骤(3)所述的溶解时间为5～15min。48.在本发明的一些更优选实施方式中，步骤(3)所述的溶解时间为10min。49.本发明的第三方面，提供了一种载体系统，所述载体系统包括本发明的第一方面所述的自驱动au-zn纳米马达、带电基底和含h水溶液。50.根据本发明第三方面的内容，在本发明的一些实施方式中，所述含h水溶液为水。51.在本发明的一些优选实施方式中，所述带电基底的材料包括玻璃。52.在本发明的一些更优选实施方式中，所述带电基底为载玻片。53.在本发明的一些优选实施方式中，所述带电基底带有正电荷或负电荷。54.在本发明的一些优选实施方式中，所述载体系统中还包括被动粒子。55.在本发明的一些更优选实施方式中，所述被动粒子带有正电荷或负电荷。56.在本发明的一些更优选实施方式中，所述被动粒子为带电荷的聚苯乙烯珠(ps珠)。57.在本发明的一些更优选实施方式中，所述ps珠可以带有氨基或羧基。58.在本发明的一些优选实施方式中，在本发明的载体系统中自驱动au-zn纳米马达的运动为自适应的，可以为生物进化中活性材料的组织行为、凝聚物和细胞组分簇的形成提供新的思路。59.本发明的第四方面，提供了本发明的第一方面所述的自驱动au-zn纳米马达或本发明第三方面所述的载体系统在生物分子检测和生物信息收集中的应用。60.本发明的有益效果是：61.1、本发明中的自驱动au-zn纳米马达的运动的驱动力来自水，且zn和水的反应较为缓慢，在自驱动au-zn纳米马达推进的整个过程中均没有气泡产生，可以避免产生的气泡对于自驱动au-zn纳米马达运动的影响，可以让自驱动au-zn纳米马达连续工作4-5天。62.2、本发明中的自驱动au-zn纳米马达的运动为自适应的，可以在吸引和排斥两种相互作用模式之间进行切换，相互作用不仅限于被动粒子，还可以是另一种活性物质甚至是生物实体，可以为生物进化中活性材料的组织行为、凝聚物和细胞组分簇的形成提供新的思路。63.3、本发明中的自驱动au-zn纳米马达的运动可以由自驱动au-zn纳米马达和被动粒子的相互位置和基底所带的电荷来控制，且自驱动au-zn纳米马达运动过程中形成的图案化结构可后续作为模板用于制备应用于生物检测中的复杂图案。附图说明64.图1a为本发明实施例中制备的自驱动au-zn纳米马达的制备示意图；图1b为本发明实施例中制备的自驱动au-zn纳米马达去除沉积模具后的sem图像，比例尺为1μm；图1c为本发明实施例中制备的自驱动au-zn纳米马达sem侧视图，比例尺为3μm(图1c中的插图为：自驱动au-zn纳米马达的金喷嘴的前视图，比例尺为0.2μm)；图1d为自驱动au-zn纳米马达的长度和外直径的分布图；65.图2本发明实施例中制备的自驱动au-zn纳米马达的eds元素映射，比例尺为2μm，其中，au的原子百分比为91.9％，zn的原子百分比为8.1％；66.图3为自驱动au-zn纳米马达在去离子水中的运动轨迹(10秒内)，比例尺为50μm；67.图4为自驱动au-zn纳米马达表面zn2+和h2扩散的示意图，自驱动au-zn纳米马达向zn2+的高浓度区域运动；68.图5为自驱动au-zn纳米马达在去离子水、5％葡萄糖溶液和磷酸缓冲盐溶液中的拟合均方位移(msd)分析，其中，up为去离子水，go为5％葡萄糖溶液，pbs为磷酸缓冲盐溶液，点值代表的是实际测量的值，实线代表的是拟合的结果；69.图6为倒置显微镜的蓝色荧光图像，红色圈内蓝色荧光表示zn2+的分布，比例尺为100μm；70.图7a为自驱动au-zn纳米马达产生的自建电场和电渗流的截面图；图7b为氨基ps珠和羧基ps珠的运动轨迹以及速度(黄色表示高速，蓝色表示低速)，比例尺为5μm；图7c为自驱动au-zn纳米马达在推进过程中对氨基ps珠的吸引过程图，红色圆圈代表氨基ps珠，绿色和蓝色的线代表氨基ps珠的运动轨迹，比例尺为20μm；图7d为氨基ps珠追逐自驱动au-zn纳米马达的轨迹以及速度(黄色表示高速，蓝色表示低速)，比例尺为10μm；图7e为氨基ps珠追逐自驱动au-zn纳米马达的示意图，红色的珠子代表氨基ps珠；图7f为吸附氨基ps珠后自驱动au-zn纳米马达重新转向的轨迹图，比例尺为10μm；图7g为自驱动au-zn纳米马达与氨基ps珠之间的相互作用示意图；图7h为由于氨基ps珠的相互作用，自驱动au-zn纳米马达圆周运动的轨迹图，比例尺为10μm，所有结果都是在带负电的基底下观察到的；71.图8a为自驱动au-zn纳米马达停止在带负电的基底上，氨基ps珠首先被吸附，然后被弹出的示意图，比例尺为10μm；图8b为自驱动au-zn纳米马达吸附在带负电的基底上时，氨基ps珠的迁移速度图；图8c为在带负电的基底上出现自驱动au-zn纳米马达时，10μm的ps珠(带负电，不带基团)的聚集图案，比例尺为100μm，图8c中黑色小点即为10μm的ps珠；图8d为自驱动au-zn纳米马达停止在带正电的基底上时，氨基ps珠的运动轨迹图，比例尺为10μm；图8e为自驱动au-zn纳米马达吸附在带正电的基底上时，氨基ps珠的迁移速度；图8f为在带正电的基底上出现自驱动au-zn纳米马达时，10μm的ps珠(带负电，不带基团)的聚集图案，比例尺为100μm，图8f中黑色小点即为10μm的ps珠；72.图9a为comsol模拟的zn2+向外扩散形成的自建电场的电势图(v代表电压单位)；图9b为悬浮在溶液中的自驱动au-zn纳米马达形成的电渗流示意图，在远离带负电的基底的位置，zn2+受到了吸附在带负电的基底上的带正电的质子的排斥，从而产生从自驱动au-zn纳米马达到基底的电渗流；图9c自驱动au-zn纳米马达靠近带负电的基底时形成的电渗流示意图，zn2+受到了吸附在带负电的基底上的带正电的质子的排斥，从而产生从自驱动au-zn纳米马达到基底的电渗流；图9d为自驱动au-zn纳米马达靠近带正电的基底时形成的电渗流示意图，zn2+产生的静电场吸引吸附在带正电基底上的oh-，从而产生从基底到自驱动au-zn纳米马达的电渗流，自驱动au-zn纳米马达附近的符号+代表zn2+；73.图10为带负电的基底双电层厚度浓度梯度产生的沿基底的有效“压力”差的示意图。具体实施方式74.下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。75.以下内容中所涉及到的材料的购买来源参见表1。76.表1：[0077][0078][0079]自驱动au-zn纳米马达的合成[0080]自驱动au-zn纳米马达通过电化学沉积的方法制备，制备过程采用三电极体系，以石墨棒电极为对电极，以ag/agcl为参比电极，以聚碳酸酯滤膜为工作电极进行电化学沉积。[0081]其中，工作电极聚碳酸酯滤膜具有若干两端通透孔洞，孔洞的直径为400nm，长度为15μm，在该聚碳酸酯滤膜的一端蒸镀一层100nm厚的金层，以封闭该端的孔洞，并形成导电层。[0082]自驱动au-zn纳米马达采用电化学沉积法制备：[0083](1)au的沉积：电镀液为市售含亚硫酸金钠的电镀液，型号为24k黄金水，电化学沉积的电压为-0.9v，沉积的时间为15min；[0084](2)zn的沉积：电镀液为znso4·7h2o和h3bo3的混合液，体积为50ml，其中，在该混合液中，znso4·7h2o的初始浓度为0.2mol/l，h3bo3的初始浓度为0.1mol/l；电化学沉积的电压为-1.23v，沉积时间为15min；[0085](3)电化学沉积完成后通过物理摩擦去除工作电极中聚碳酸酯滤膜表面的金层，然后用二氯甲烷溶解掉聚碳酸酯滤膜(溶解时间为10min)，用乙醇和去离子水洗涤，得到自驱动au-zn纳米马达，最后将纳米马达分散在去离子水中保存待用。[0086]图1a为本发明实施例中制备的自驱动au-zn纳米马达的制备示意图。[0087]自驱动au-zn纳米马达的表征结果[0088](1)形貌表征和元素分析：[0089]使用phenom扫描电子显微镜对上述实施例中制备得到的自驱动au-zn纳米马达进行观察，得到其扫描电子显微镜(sem)图像和能量色散x射线光谱(eds)，其中，加速电压设置为15kv。[0090]图1b为本发明实施例中制备的自驱动au-zn纳米马达去除沉积模具后的sem图像，其比例尺为1μm。图1c为本发明实施例中制备的自驱动au-zn纳米马达sem侧视图，其比例尺为3μm，其中，插图部分为自驱动au-zn纳米马达au喷嘴的前视图，其比例尺为0.2μm。从图1c中可以看出，本发明实施例中制备的纳米马达的外直径约为417nm，内直径约为204nm。图1d为本发明实施例中制备的自驱动au-zn纳米马达的管长度和外直径的分布图，从图1d中可以看出，整个管的平均长度为4.76±1.3μm。图2为本发明实施例中制备的自驱动au-zn纳米马达的eds元素映射，其比例尺为2μm。从图2中可以清楚地看到au和zn的共存和分布，其中，au的原子百分比为91.9％，zn原子百分化为8.1％。[0091](2)运动观察：[0092]自驱动au-zn纳米马达运动速度的计算方法：以200ms的时间间隔记录马达的坐标，利用路程除以时间间隔获得瞬时速度，再取平均获得平均速度。[0093]自驱动au-zn纳米马达的运动：将10μl的自驱动au-zn纳米马达的去离子水溶液置于载玻片内，并用倒置显微镜(nikon ti2-a)成像，使用40倍显微镜观察并使用nis-element viewer录制视频以记录自驱动au-zn纳米马达的运动轨迹。试验发现，本发明实施例中制备得到的自驱动au-zn纳米马达可以在去离子水中自发移动，如图3所示，经计算，自驱动au-zn纳米马达运动的平均速度为5～8μm s-1。[0094](3)运动方向：[0095]对于自驱动au-zn纳米马达的移动，驱动力来自zn段与水的反应，如化学反应式(1)所示，惰性au在推进过程中不发生化学反应。因此，纳米马达是通过扩散电泳，自驱动au-zn纳米马达吸收zn管表面的h+并释放zn2+。扩散电泳的推进机制可用公式(2)表示：[0096][0097][0098]式(2)表达了靠近载玻片的扩散电泳粒子的速度。在式(2)中，u是粒子速度，c是电解质浓度，dc和da是阳离子和阴离子的扩散系数，kb是玻尔兹曼常数，t是温度，e是基本电荷，ε是溶液的介电常数，η是溶液的粘度，ζw是载玻片的zeta电位，ζp是粒子的zeta电位。[0099]zeta电位的测试方法：使用malvern zetasizer nano zs，采用波长为633nm的he-ne激光，测试温度为25℃。[0100]方程(2)的代表静电场的一部分。由于在上述实施例制备得到的自驱动au-zn纳米马达中，纳米马达表面只产生zn2+，所以da＝0。[0101]第二部分是带电载玻片的双电层的厚度梯度产生的沿载玻片的有效“压力”差。由于载玻片上双电层的厚度很大程度上取决于溶液中电解质的浓度，电解质浓度梯度将导致沿载玻片的双电层厚度梯度。双电层厚度的浓度梯度产生了沿载玻片的有效“压力”差，导致流体(去离子水)从电解质浓度较高的区域流向电解质浓度较低的区域，从而使得纳米马达向相反的方向运动，即向电解质浓度较高的zn管的方向运动。双电层厚度的浓度梯度产生了沿载玻片的有效“压力”差的示意图如图10所示。[0102]水中的h+在zn段的存在下被还原以产生h2和zn2+，但是在显微镜下并没有观察到气泡。可以保证自驱动au-zn纳米马达系统中的运动不会受到气泡的干扰，从而可以更好的观察马达的运动情况。随着反应的进行，zn2+的浓度由zn到au逐渐降低，形成了浓度梯度，进而形成自建电场，自建电场的方向是由zn管指向au管的一端，在自建电场带来的电场力作用下，将纳米马达推向zn的方向，自驱动au-zn纳米马达表面zn2+和h2扩散的示意图如图4所示。[0103]对均方位移(msd)值与时间进行拟合，结果如图5所示。可以发现msd随时间线性增加，此外，自驱动au-zn纳米马达在去离子水和5％葡萄糖溶液中的性能没有差异，说明葡萄糖分子的存在不影响自驱动au-zn纳米马达的推进能力。自驱动au-zn纳米马达的移动能力在pbs缓冲溶液中受到阻碍，主要是因为pbs的ph缓冲改变了依赖质子的锌氧化反应的速率，并改变了自驱动au-zn纳米马达表面的电荷。[0104]使用zn2+荧光探针zinquin检测自驱动au-zn纳米马达运动过程中产生的zn2+，荧光探针可以在zn2+存在下聚合成荧光聚合物颗粒。具体操作为：将10μl的1mm zinquin(去离子水：dmso＝9:1)添加到10μl的自驱动au-zn纳米马达分散液中，然后使用倒置荧光显微镜进行成像。可以发现，在zn2+荧光(蓝色)图像中(图6)，红色圆圈突出显示的蓝色荧光区域表示探针聚合产生的荧光产物和来自自驱动au-zn纳米马达的zn2+，红圈内的暗区部分几乎没有荧光珠子，是纳米马达产生的禁区，仅有部分荧光产物被排斥在外面。由于纳米马达不断与水反应生成zn2+，并且zn2+不断与荧光探针聚合，因此纳米马达不断喷出荧光珠。[0105]自驱动au-zn纳米马达载体系统[0106]自驱动au-zn纳米马达利用载玻片(带有正电或负电的载玻片)为基底，能够在去离子水中发生自发运动，且运动方向是向zn管一端进行移动。在自驱动au-zn纳米马达运动过程中产生的电渗流可以带动ps珠运动。ps珠被自驱动au-zn纳米马达产生的电渗流带动的运动模式和由此产生的ps珠自身的团聚形貌由载玻片带电类型和自驱动au-zn纳米马达的位置决定。[0107]自驱动au-zn纳米马达和ps珠相互作用的观察：将10μl的自驱动au-zn纳米马达的水溶液和10μl的ps珠溶液(1μm氨基ps珠或1μm羧基ps珠或10μmps珠，购自sigma)置于载玻片上，并用倒置显微镜(nikon ti2-a)成像。使用40倍显微镜观察并使用nis-element viewer录制视频以记录运动轨迹。[0108](1)带负电的载玻片(citotest 1a5101，ζw＝-85mv)，被动粒子为羧基ps珠(以下简称cps珠，ζcps＝-34mv，直径1μm)[0109]随着自驱动au-zn纳米马达不断与水反应，在其周围形成了一个远离纳米马达表面的zn2+梯度场，如图7a所示，从而形成了一个远离纳米马达表面的静电场，静电场的方向是指向远离自驱动au-zn纳米马达的方向。对于带负电的载玻片，带正电的质子会被吸附在载玻片上。zn2+产生的远离自驱动au-zn纳米马达方向的静电场作用于质子产生从纳米马达到载玻片的排斥和向外的电渗流。由于流体是连续的，在上层空间的液体中会产生向内指向纳米马达的流体。在zn2+电场产生的排斥的作用下，自驱动au-zn纳米马达悬浮在去离子水中。此外，zn2+产生的远离自驱动au-zn纳米马达方向的静电场会阻碍带正电的氨基ps珠的运动，另一方面加速带负电的cps珠的运动。[0110]当cps珠作为被动粒子加入溶液中时，在单个自驱动au-zn纳米马达2μm的范围内，落到纳米马达附近的cps珠可以被快速吸附到纳米马达表面(这是受到了自驱动au-zn纳米马达的zn2+形成的自建电场的吸引以及指向马达的电渗流的作用)，形成准稳定的纳米马达-cps复合物，这可能是表面滑移的平衡位置流。然后，由于自驱动au-zn纳米马达远离载玻片，因此，cps珠不会被下方的电渗流排斥。记录了15个cps珠被吸收时的速度，记录得到的cps珠的运动速度均可达到12.5±4μm s-1，说明在自驱动au-zn纳米马达周围存在着吸引场。[0111](2)载玻片带负电(citotest 1a5101，ζw＝-85mv)，被动粒子为氨基ps珠(以下称为aps珠，ζaps＝+38mv，直径为1μm)[0112]当aps珠作为被动粒子加入溶液中时，对aps珠的zeta电位和载玻片的zeta电位进行检测：可以发现，ζaps＝+38mv，ζw＝-85mv，由于aps珠的zeta电位的值小于载玻片的zeta电位的值，所以对于自驱动au-zn纳米马达和aps珠而言电渗流占主导地位，足以克服粒子的泳动，如图7c所示，自驱动au-zn纳米马达在前进过程中吸附了两个aps珠。这种吸引-无排斥相互作用在传统的主动-被动粒子系统中并不常见，可能是纳米马达的连续运动阻碍了电渗流与ps珠的相互作用。这些结果表明，当自驱动au-zn纳米马达在运动且远离载玻片时，它与ps珠以有利于吸收和形成准稳定复合物的方式相互作用。并且，发现aps珠在吸收过程中的平均速度为10.6±2.0μm s-1，速度与cps珠没有显着差异，这意味着静电力在自驱动au-zn纳米马达和ps珠的相互作用过程中没有发挥主要作用。[0113]aps珠和cps珠的运动轨迹分别如图7b所示，颜色表示移动速度，黄色表示高速，蓝色表示低速。可以观察到ps粒子的速度随着与纳米马达的距离增加而降低，这意味着距离自驱动au-zn纳米马达越近，电渗速度越高。由于仅观察到aps珠和cps珠的吸附略有差异，因此，我们均使用aps珠作为被动颗粒。[0114]自驱动au-zn纳米马达与不同位置被动粒子的相互作用方式[0115]如果aps珠可以被一个移动的自驱动au-zn纳米马达吸引，就会发生追逐现象，被动粒子应该有一个长距离的高速运动，如图7d所示，可以在自驱动au-zn纳米马达和aps珠上观察到了一个有趣的追逐现象。随着自驱动au-zn纳米马达向右移动，aps珠被自驱动au-zn纳米马达的吸附场吸引。观察到aps珠加速并因此赶上自驱动au-zn纳米马达，并结合成准稳定的aps-纳米马达复合物，追逐的示意图如图7e所示。在追逐过程中，aps珠的速度可以达到17μm s-1。当自驱动au-zn纳米马达暂停移动(绑定在载玻片上，不再位移)时，aps珠脱落，可能是因为自驱动au-zn纳米马达的表面滑移平衡位置流发生了变化。在上述追逐现象中，ps珠的吸附没有改变自驱动au-zn纳米马达的运动方向。当ps珠面对移动的自驱动au-zn纳米马达时，会出现一个有趣的现象。当自驱动au-zn纳米马达逆时针旋转以吸附前面的aps珠时，自驱动au-zn纳米马达的旋转方向将反转为顺时针，aps珠吸附到自驱动au-zn纳米马达的中间，如图7f所示。这种现象可能是由于自驱动au-zn纳米马达在开始时向高zn2+区域(锌段)移动造成的。当aps珠被吸收后，自驱动au-zn纳米马达的局部化学反应受阻，导致自驱动au-zn纳米马达两侧的zn2+浓度发生逆转，从而逆转自驱动au-zn纳米马达的旋转方向，自驱动au-zn纳米马达与aps珠之间的相互作用的示意图如图7g所示。此外，从图7h中可以看出，ps珠的吸附位置确实影响了自驱动au-zn纳米马达的运动方向。从自驱动au-zn纳米马达的运动方向来看，aps珠被认为吸附在自驱动au-zn纳米马达的zn侧。随着aps珠不断加载到zn端，自驱动au-zn纳米马达以圆形方式向au/aps侧移动。在另一侧不受影响的情况下，轨迹偏向au/aps一侧。从自驱动au-zn纳米马达对吸附的被动粒子的反应情况体现了自驱动au-zn纳米马达运动的灵活性。此外，相互作用不仅限于被动粒子，还可以是另一种活性物质甚至是生物实体，可以为生物进化中活性材料的组织行为、凝聚物和细胞组分簇的形成提供新的思路。[0116]载玻片对自驱动au-zn纳米马达与被动粒子之间的相互作用方式的影响[0117]流体流动的方向同样受自驱动au-zn纳米马达形成的静电场方向的影响。自驱动au-zn纳米马达的zn2+扩散形成的静电场方向指向远离自驱动au-zn纳米马达的方向。当自驱动au-zn纳米马达接近带负电的载玻片时，zn2+电场作用于带负电的载玻片上吸收的质子，产生从自驱动au-zn纳米马达到载玻片的排斥和向外的电渗流。同样，由于流体是连续回路，在上层溶液中产生向内的流体。[0118]如图8a所示，当自驱动au-zn纳米马达停在带负电的载玻片上时，上层的aps珠首先被自驱动au-zn纳米马达上方的向内流体带向自驱动au-zn纳米马达，然后被自驱动au-zn纳米马达附近的向外的电渗流排斥弹出。靠近载玻片时，自驱动au-zn纳米马达附近由强大的向外的电渗流支配，这对aps珠和自驱动au-zn纳米马达的吸引与组合成准稳定的复合物是不利的。此时，为了响应环境的变化，自驱动au-zn纳米马达与aps珠的相互作用方式变得排斥。在弹射过程中，aps珠的速度可以达到10μm s-1(图8b)。这种吸引-排斥相互作用会导致主动和被动粒子系统(自驱动au-zn纳米马达和aps珠)中的禁区效应。因此，在自驱动au-zn纳米马达周围形成了一个圆形的禁区，aps珠被排斥在禁区之外。[0119]使用10μm的ps珠(带负电，不带基团)可以清楚地显示禁区现象(图8c)。可以发现，在此过程中，自驱动au-zn纳米马达会凝聚。自驱动au-zn纳米马达越多产生的zn2+浓度越高，zn2+的梯度场的面积越大，禁区面积越大。禁区面积的大小与zn2+的分布有关，这是因为zn2+梯度提供静电场，静电场驱动电渗流进而推动粒子的运动。因此，禁区面积的大小与zn2+分布区域的大小成正比。[0120]为了进一步自驱动au-zn纳米马达的吸引力/排斥力是由载玻片决定的，将带负电的载玻片替换为带正电的载玻片(citotest 188105w)，该载玻片表面吸附有oh-。由于自驱动au-zn纳米马达的自建zn2+静电场的作用，载玻片zeta电位的反转导致自驱动au-zn纳米马达和载玻片之间的电渗流方向从向外排斥变为向内吸引。如图8d所示，由于静电场的作用，自驱动au-zn纳米马达被吸引到载玻片上，并且两个aps珠被吸附到自驱动au-zn纳米马达的中间。使用10μm ps珠(带负电，不带基团)时，没有出现禁区。10μm的ps珠和自驱动au-zn纳米马达或形成簇或分散在周围。此结果符合我们的预期。随着向内的电渗流成为主导，自驱动au-zn纳米马达和被动粒子之间的相互作用变得有吸引力。由此可见，对于不同的带电载玻片，自驱动au-zn纳米马达与被动粒子的相互作用方式是自适应的。细胞内成分在适当的时间和空间聚集成冷凝物，以执行其相应的功能。细胞内物质的转运可以通过基于非特异性、纯物理机制的主动过程来实现，这种现象仍然很少被研究，并且由自驱动au-zn纳米马达驱动的受控图案的形成有望为形成无膜冷凝物和物理化学性质。[0121]对上述原因进行分析，分析方法采用comsol仿真，具体为：使用comsol multiphysics进行电场模拟。zn2+的分布源于自驱动au-zn纳米马达表面的离子通量，并进一步受到离子扩散、对流和迁移的影响(方程(3))。在该模型中，通过稳态下的守恒方程(方程(4))解决。[0122][0123][0124]其中，式(4)中，u是流体速度，f是法拉第常数，是静电势，r是气体常数，t是绝对温度，ci是物种i的浓度，di是物种i的扩散系数，zi是物种i的电荷。[0125]方程(4)中的静电势使用泊松方程计算：[0126][0127]其中，式(5)中，ρe是体积电荷密度，z+和z-是阳离子和阴离子的电荷，c+和c-是阳离子和阴离子的浓度，ε0是真空的介电常数，εr是相对流体介质的介电常数。[0128]zn2+在锌表面的通量由下式确定：v＝δc/δt和f＝v/aꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(6)[0129]在式(6)中，δt的值为346000s；δc的值由聚碳酸酯滤膜的孔数和单个纳米马达的zn体积决定；a代表面积，a的值由聚碳酸酯滤膜的孔数和单个纳米马达的zn面积决定。在上述实施例中，聚碳酸酯滤膜的孔数为3.98×10-5，根据sem图像可以看出单个自驱动au-zn纳米马达的面积和体积分别为8.9μm2和0.37μm3。[0130]本实施例中的自驱动au-zn纳米马达的自建电场的其他comsol仿真参数如表2所示：[0131]表2纳米马达自建电场comsol仿真参数[0132][0133]comsol用于模拟zn2+向外扩散形成的自建电场(图9a)，从图9a中可以看出自驱动au-zn纳米马达表面zn2+产生了由自驱动au-zn纳米马达向外的静电场，自驱动au-zn纳米马达所在的载玻片带负电时，载玻片的双电层内部存在质子，自驱动au-zn纳米马达的静电场作用在质子上，从而产生由载玻片向外的电渗流。由于流体是连续的，所以在上层溶液中会产生向载玻片方向的流体。当自驱动au-zn纳米马达悬浮在载玻片上时，向载玻片方向的向内的流体在自驱动au-zn纳米马达附近占主导地位，如图9b所示。因此，自驱动au-zn纳米马达在移动时具有捕捉被动粒子的功能。当自驱动au-zn纳米马达靠近载玻片时，产生的从自驱动au-zn纳米马达到载玻片的电渗流占主导地位，如图9c所示。自驱动au-zn纳米马达能够排斥附近的粒子，经过连续的吸引-排斥相互作用后，在自驱动au-zn纳米马达周围形成禁区。[0134]随着载玻片变成带正电的载玻片，载玻片吸附带负电荷的oh-，自驱动au-zn纳米马达的静电场不变，并且作用在oh-上，从而产生由载玻片到自驱动au-zn纳米马达的电渗流，如图9d所示。另外，在载玻片到自驱动au-zn纳米马达的所形成的静电场的作用下，载玻片到自驱动au-zn纳米马达的与载玻片之间相互吸引，因此如果使用带正电的载玻片，则不会出现自驱动au-zn纳米马达悬浮在载玻片上的情况。[0135]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。