本書的英文原版出版于2013年，作者是美國加州大學圣地亞哥分校的知名學者JosephWang教授。本書共7章，第1章講述納米尺度運動的基本特征及挑戰(zhàn)，第2章討論生物納米機器，第3章概述分子和DNA機器，第4章討論利用化學催化驅動的納米機器，第5章討論無需燃料驅動的納米機器，第6章介紹微納米機器在不同領域的潛在應用，包括藥物輸送、樣品分離、環(huán)境監(jiān)測等，最后第7章討論本領域未來的發(fā)展前景、機遇和挑戰(zhàn)。
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目錄
第1章 基礎知識：小尺度下的驅動 1
1.1 引言 1
1.2 納米機器的發(fā)展史 3
1.3 納米尺度驅動的挑戰(zhàn) 4
1.4 低雷諾數流體力學 7
參考文獻 9
第2章 自然界納米游體的運動 14
2.1 引言 14
2.2 化學驅動的馬達蛋白 15
2.2.1 生物馬達：細胞中的活性主力 15
2.2.2 蛋白馬達的工作基本原理 16
2.2.3 驅動蛋白 18
2.2.4 肌球蛋白 19
2.2.5 動力蛋白 22
2.2.6 微芯片器件中基于生物馬達的主動納米尺度輸運 22
2.3 旋轉生物馬達 25
2.4 游動的微生物 27
2.4.1 細菌鞭毛-大腸桿菌 28
2.4.2 精子的運動 29
2.4.3 纖毛驅動的草履蟲游動 30
2.4.4 細菌的輸運與致動 31
參考文獻 32
第3章 分子機器 38
3.1 應激響應型輪烷、類輪烷以及索烴納米機器人 39
3.2 分子旋轉馬達 446
3.3 基于順反異構化的光驅動分子機器 48
3.3.1 偶氮苯類納米機器 48
3.4 納米汽車 50
3.5 DNA 納米機器 52
3.5.1 酶輔助 DNA 自主納米機器 56
3.5.2 DNA 蜘蛛 57
3.5.3 pH 和光引發(fā)的可開關 DNA 機器 58
參考文獻 59
第4章 化學自驅動裝置 66
4.1 自驅動催化納米線馬達 68
4.1.1 催化納米線馬達的運動機理 72
4.1.2 催化納米線馬達的磁導向運動 73
4.2 催化微管馬達 74
4.2.1 管狀微引擎的氣泡推進機理 76
4.2.2 管狀微引擎的制備 78
4.3 具有催化活性的 Janus 微粒：球形馬達 81
4.3.1 催化 Janus 顆粒馬達的制備 81
4.3.2 催化 Janus 球形馬達的推進機理 84
4.4 化學驅動微納馬達的運動控制 86
4.4.1 熱控納米馬達 87
4.4.2 催化馬達的光控制 88
4.4.3 催化馬達的電控制 88
4.5 為化學驅動的微/納米馬達尋找替代燃料 89
4.6 集體行為: 集群與趨化性 91
4.6.1 微粒的觸發(fā)自組裝 91
4.6.2 趨化性: 沿濃度梯度運動 93
4.7 生物催化驅動 95
4.8 化學物質非對稱釋放引發(fā)的運動 98
4.9 聚合誘導反應引發(fā)的運動 99
參考文獻 99
第5章 外場驅動的無需燃料納米馬達 108
5.1 磁驅動的納米馬達 108
5.1.1 螺旋狀磁驅馬達 109
5.1.2 柔性磁驅馬達 113
5.1.3 表面行走型磁驅馬達 114
5.1.4 磁致動的人造纖毛陣列 116
5.2 電驅動的納米馬達 116
5.2.1 微型二極管馬達 116
5.2.2 雙極電化學驅動的微米馬達 117
5.3 超聲驅動微米馬達 119
5.4 光驅動微米馬達 120
5.5 混合動力納米馬達 121
參考文獻 122
第6章 微納米馬達的應用 126
6.1 貨物牽引：藥物運輸 126
6.1.1 貨物裝載策略 126
6.1.2 貨物釋放方法 129
6.1.3 藥物遞送：實現《神奇旅程》的愿景 131
6.2 生物傳感和目標分離 132
6.2.1 基于生物馬達的傳感：“智能塵�！痹O備 132
6.2.2 基于運動的信號傳導 134
6.2.3 生物目標的分離：“游動-捕獲-分離" 136
6.3 微芯片裝置中人造馬達的主動納米尺度運輸 139
6.4 基于納米馬達的表面圖案化和自組裝 141
6.5 利用微納米馬達進行環(huán)境監(jiān)測與修復 142
參考文獻 143
第7章 結論和展望 148
7.1 發(fā)展現狀和未來機遇 148
7.1.1 微納米馬達在醫(yī)學領域的未來發(fā)展 149
7.2 未來的挑戰(zhàn) 150
7.3 總結 152
參考文獻 153
詞匯表 154
附錄 部分代表性綜述 163
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