纳米机器——基础与应用

合成能够将能量转化为运动和力的纳米机器，是纳米技术很神奇的课题之一。纳米级物体在液体环境中的运动对于基础研究和实际应用来说都十分有意。本书分7章，章讲述纳米运动基本特征及挑战，第2章讨论自然（生物）纳米泳体（nanoswimmer），第3章概述分子和DNA机器，第4章讨论利用化学催化为动力的纳米马达，第5章讨论无燃料外部驱动（磁、电、超声波驱动）的纳米发动机，第6章的重点是纳米/微米的机器在不同领域的潜在应用，包括药物输送、目标隔离等，很后第7章讨论本领域未来的发展前景、机遇和挑战。

约瑟夫·王（Joseph Wang），美国加州大学圣地亚哥分校杰出教授、纳米工程系主任、可穿敷设备中心主任、移动健康系统中心主任。研究领域主要集中在纳米生物电子和纳米机械。主要研究优选的纳米马达、纳米机器人、纳米执行器、生物电子、电化学生物传感器以及可穿戴传感器系统，还包括优选的能源捕获材料以及以其他纳米材料为基础的传感器。已经发表学术论文1030余篇，引用9700余次，出版11部著作和参与撰写35个章节，拥有11项专利。目前H因子高达151（谷歌学术数据）。在电化学分析、纳米机器人、可穿戴设备等领域拥有很好大的影响力。

章 基础知识：小尺度下的驱动
1.1 引言
1.2 纳米机器的发展史
1.3 纳米尺度驱动的挑战
1.4 低雷诺数流体力学
参考文献
第2章 自然界纳米游体的运动
2.1 引言
2.2 化学驱动的马达蛋白
2.2.1 生物马达：细胞中的活性主力
2.2.2 蛋白马达的工作基本原理
2.2.3 驱动蛋白
2.2.4 肌球蛋白
2.2.5 动力蛋白
2.2.6 微芯片器件中基于生物马达的主动纳米尺度输运
2.3 旋转生物马达
2.4 游动的微生物
2.4.1 细菌鞭毛-大肠杆菌
2.4.2 精子的运动
2.4.3 纤毛驱动的草履虫游动
2.4.4 细菌的输运与致动
参考文献
第3章 分子机器
3.1 应激响应型轮烷、类轮烷以及索烃纳米机器人
3.2 分子旋转马达
3.3 基于顺反异构化的光驱动分子机器
3.3.1 偶氮苯类纳米机器
3.4 纳米汽车
3.5 DNA纳米机器
3.5.1 酶辅助DNA自主纳米机器
3.5.2 DNA蜘蛛
3.5.3 pH和光引发的可开关DNA机器
参考文献
第4章 化学自驱动装置
4.1 自驱动催化纳米线马达
4.1.1 催化纳米线马达的运动机理
4.1.2 催化纳米线马达的磁导向运动
4.2 催化微管马达
4.2.1 管状微引擎的气泡推进机理
4.2.2 管状微引擎的制备
4.3 具有催化活性的Janus微粒：球形马达
4.3.1 催化Janus颗粒马达的制备
4.3.2 催化Janus球形马达的推进机理
4.4 化学驱动微纳马达的运动控制
4.4.1 热控纳米马达
4.4.2 催化马达的光控制
4.4.3 催化马达的电控制
4.5 为化学驱动的微/纳米马达寻找替代燃料
4.6 集体行为：集群与趋化性
4.6.1 微粒的触发自组装
4.6.2 趋化性：沿浓度梯度运动
4.7 生物催化驱动
4.8 化学物质非对称释放引发的运动
4.9 聚合诱导反应引发的运动
参考文献
第5章 外场驱动的无需燃料纳米马达
5.1 磁驱动的纳米马达
5.1.1 螺旋状磁驱马达
5.1.2 柔性磁驱马达
5.1.3 表面行走型磁驱马达
5.1.4 磁致动的人造纤毛阵列
5.2 电驱动的纳米马达
5.2.1 微型二极管马达
5.2.2 双极电化学驱动的微米马达
5.3 超声驱动微米马达
5.4 光驱动微米马达
5.5 混合动力纳米马达
参考文献
第6章 微纳米马达的应用
6.1 货物牵引：药物运输
6.1.1 货物装载策略
6.1.2 货物释放方法
6.1.3 药物递送：实现《神奇旅程》的愿景
6.2 生物传感和目标分离
6.2.1 基于生物马达的传感：“智能尘埃”设备
6.2.2 基于运动的信号传导
6.2.3 生物目标的分离：“游动-捕获-分离”
6.3 微芯片装置中人造马达的主动纳米尺度运输
6.4 基于纳米马达的表面图案化和自组装
6.5 利用微纳米马达进行环境监测与修复
参考文献
第7章 结论和展望
7.1 发展现状和未来机遇
7.1.1 微纳米马达在医学领域的未来发展
7.2 未来的挑战
7.3 总结
参考文献
词汇表
附录 部分代表性综述