1005 / 2022-07-10 21:57:26

微磁颗粒对微纳生物界面摩擦力的测量方法研究

在微纳机器的生物工程应用中，摩擦润滑问题是影响其有效驱动的关键。尽管原子力显微镜和光镊技术可以测量生物界面上的微小摩擦力，但原子力显微镜移动速度较慢，且切向方向的力学分辨率较差，光镊技术存在热效应等问题。本项目采用的磁力方法具有远程操控、高力学分辨率、快速响应、可穿透生物组织以及无热效应等优点。在平面旋转电磁场作用下，微纳磁性薄膜圆盘可诱捕水溶液中具有单分散性的微磁颗粒，被诱捕的单个微磁颗粒会围绕微纳磁性薄膜圆盘旋转运动，其具有三种不同动态运动模式（包括锁相，滑移和绝缘的三种模式）。基于微磁颗粒上微观磁力、流体粘性力和界面摩擦力的平衡关系，微磁颗粒的位置与瞬间外加磁场的方向有一个滞后的角度（相位差）。在微磁颗粒锁相运动模式下，利用相位差在不同物理条件下的变化，此方法可分析测量作用于微磁颗粒的摩擦力，力学分辨率可达10^-12 N。另外，在滑移运动模式下，可以大幅提高摩擦力的分析效率，进而验证了生物分子的润滑效果。本项目研究的精确操控微磁颗粒技术方法，有望成为原子力显微镜和光镊技术在微纳生物摩擦学领域研究的弥补和补充，为微纳机器的界面摩擦行为研究提供理论和实验基础。