CN109576986A - 一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达及其制备方法 - Google Patents

一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达及其制备方法，其采用高锰酸钾为原料，木棉纤维为模版，通过将木棉纤维浸泡在高锰酸钾溶液中，使高锰酸钾与木棉纤维上发生氧化还原反应生成二氧化锰纳米颗粒负载到木棉纤维上，从而制备出一种多层自驱动管状微纳马达，其生物降解性较好，同时具有运载、传送和释放的功能，在药物的高效装载，靶向癌细胞运输，药物的近红外光响应性可控释放和环境治理等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达及 其制备方法
技术领域
本发明属于微纳马达技术领域，具体涉及一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达及其制备方法。
背景技术
目前，关于微纳马达的制备，已经成为纳米科技研究最热门的方向之一。微纳马达是一种纳米或者微米级别的，可以运动并且能将电能、磁能、光能及化学能等不同形式的能量转化为驱动力和自身动能的器件。它的种类很多，不同形状的微纳马达制备方法也不相同，例如: 线状微纳马达通常使用模板辅助电沉积法制备；Janus 球状微纳马达，通常使用微球模板法制备；管状微纳马达通常使用卷曲法制备等等。但是大多数微纳马达的制备过程都比较复杂，造价昂贵，难以进行表面修饰，同时生物相容性和生物降解性较弱。因此，如何制备出一种工艺简单、成本低、绿色环保，生物相容性和生物降解性较好的多层自驱动管状微纳马达已经成为一个刻不容缓的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达及其制备方法，其采用高锰酸钾为原料，木棉纤维为模版，通过将木棉纤维浸泡在高锰酸钾溶液中，使高锰酸钾与木棉纤维上发生氧化还原反应生成二氧化锰纳米颗粒负载到木棉纤维上，从而制备出一种多层自驱动管状微纳马达。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）高锰酸钾溶液配制：将适量的高锰酸钾和纯水混合搅拌均匀，得高锰酸钾溶液；
（2）木棉纤维处理：将木棉纤维剪碎至100-200μm的长度；
（3）管状微纳马达制备：取适量步骤（2）剪碎后的木棉纤维浸泡在步骤（1）所得的高锰酸钾溶液6-72h，再经洗涤、真空干燥后得到木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达。
进一步地，步骤（1）所得的高锰酸钾溶液的质量浓度为0.25 -1mol/L，优选为0.25mol/L、0.5 mol/L和1 mol/L。
进一步地，步骤（3）中的木棉纤维质量为0.56g，高锰酸钾溶液使用量为30ml。
由上述制备方法制得的木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达，其生物降解性较好，同时具有运载、传送和释放的功能，在药物的高效装载，靶向癌细胞运输，药物的近红外光响应性可控释放和环境治理等领域具有广阔的应用前景。
与现有技术相比，本发明的主要优点：
（1）高锰酸钾是一种强氧化剂，能与还原性物质反应生成二氧化锰，与其他过渡金属氧化物相比，二氧化锰理论比电容较高，成本低，环保和易于形貌控制，而木棉纤维是一种绿色环保的天然纤维，显示出明显均匀的中空管形状，中空度达86%以上，远高于化学纤维的中空度，且具有较好的可生物降解性、较大的比表面积和良好的表面活性，使其更容易附着金属氧化物；本发明采用高锰酸钾为原料，木棉纤维为模版，在常温下将木棉纤维浸泡在高锰酸钾溶液中，使高锰酸钾与木棉纤维上发生氧化还原反应生成二氧化锰纳米颗粒负载到木棉纤维上，制备出一种多层自驱动管状微纳马达，其中二氧化锰作为催化剂，通过催化分解 H2O2 溶液产生氧气气泡来实现自驱动。
（2）本发明的微纳马达生物降解性较好，同时具有运载、传送和释放的功能，在药物的高效装载，靶向癌细胞运输，药物的近红外光响应性可控释放和环境治理等领域具有广阔的应用前景。
说明书附图
图1为实施例1制得的微纳马达的FESEM图；
图2为实施例1制得的微纳马达的XRD谱图；
图3为实施例1制得的微纳马达的Raman光谱图；
图4为实施例1制得的微纳马达的驱动图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，以下实例将对本发明做进一步说明，但并非用以限制本发明的范围。
实施例1
一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达的制备方法包括以下步骤：
（1）高锰酸钾溶液配制：将适量的高锰酸钾和纯水混合搅拌均匀，得高锰酸钾溶液，其浓度为0.5mol/L；
（2）木棉纤维处理：将木棉纤维剪碎至150μm的长度；
（3）管状微纳马达制备：取0.56g步骤（2）剪碎后的木棉纤维浸泡在30mL步骤（1）所得的高锰酸钾溶液24h，再经洗涤、真空干燥后得到木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达。
实施例2
一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达的制备方法包括以下步骤：
（1）高锰酸钾溶液配制：将适量的高锰酸钾和纯水混合搅拌均匀，得高锰酸钾溶液，其浓度为0.25mol/L；
（2）木棉纤维处理：将木棉纤维剪碎至100μm的长度；
（3）管状微纳马达制备：取0.56g步骤（2）剪碎后的木棉纤维浸泡在30mL步骤（1）所得的高锰酸钾溶液48h，再经洗涤、真空干燥后得到木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达。
实施例3
一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达的制备方法包括以下步骤：
（1）高锰酸钾溶液配制：将适量的高锰酸钾和纯水混合搅拌均匀，得高锰酸钾溶液，其浓度为1mol/L；
（2）木棉纤维处理：将木棉纤维剪碎至200μm的长度；
（3）管状微纳马达制备：取0.56g步骤（2）剪碎后的木棉纤维浸泡在30mL步骤（1）所得的高锰酸钾溶液72h，再经洗涤、真空干燥后得到木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达。
性能表征：
图1为实施例1中木棉纤维负载MnO2纳米颗粒的FESEM图。从图中可以看出，中空状的木棉纤维内壁和外壁上各负载了一层不规则形状的MnO2纳米颗粒，且分布较均匀，粒度较小，由此构筑出一种多层的管状结构。
图2为实施例1中木棉纤维负载MnO2纳米颗粒的的XRD谱图。由图可见，KMnO4为原料，木棉纤维为模版，室温下合成的多层自驱动管状微纳马达的XRD谱图，样品在2θ =12.2°、22.6°、37.1°和65.5°处呈现出MnO2的四个衍射峰。宽而弱的XRD峰揭示了层状MnO2的一个较差或多晶的特征。
图3为实施例1中木棉纤维负载MnO2纳米颗粒的Raman光谱图。从图中可以观察到MnO2的特征谱带；MnO2的特征峰为640 cm-1。
图4为实施例1中木棉纤维负载MnO2纳米颗粒的驱动图。负载在木棉纤维上的MnO2纳米颗粒作为催化剂，在H2O2水溶液中，通过催化分解H2O2产生氧气气泡来实现自驱动，从而形成了一种自驱动管状微纳马达。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（1）高锰酸钾溶液配制：将适量的高锰酸钾和纯水混合搅拌均匀，得高锰酸钾溶液；
（2）木棉纤维处理：将木棉纤维剪碎至100-200μm的长度；
（3）管状微纳马达制备：取适量步骤（2）剪碎后的木棉纤维浸泡在步骤（1）所得的高锰酸钾溶液6-72h，再经洗涤、真空干燥后得到木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达。
2.根据权利要求1所述的一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达的制备方法，其特征在于：步骤（1）所得的高锰酸钾溶液的质量浓度为0.25 -1 mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达的制备方法，其特征在于：步骤（3）中的木棉纤维质量为0.56g，高锰酸钾溶液使用量为30ml。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的制备方法制得的木棉纤维/二氧化锰构筑的多层自驱动管状微纳马达。
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