专利摘要
提供了自推进的可编程纳米级发动机，其能够从吸收的光子中获取能量并经历随后的光电化学(PEC)反应。纳米发动机可以具有三维Janus配置并且可以感测光源的方向。通过用化学修饰控制纳米发动机的不同部分的ζ电势，可以将纳米发动机编程以显示正趋光性或负趋光性。
权利要求
1.一种用于推进纳米发动机的方法，包括：
在位于流体内的纳米发动机从定向光源接收能量；
通过光电化学反应耦合所述定向光源和纳米发动机，以推进流体内的纳米发动机；
其中从定向光源接收能量包括：
调节光源强度和空间位置以产生电磁辐射场，其中辐射在从UV-A1到近红外的范围内，以便沿着流体内的特定轨迹推进纳米发动机；
其中耦合所述定向光源和纳米发动机包括：
将纳米发动机沉浸在具有还原-氧化反应化学浓度的流体中，从而使纳米发动机位于流体内，该流体包括耦合液体；
产生对于从定向光源接收的能量的催化响应以影响还原-氧化反应；
作为受影响的还原-氧化反应的结果，在纳米发动机上和在沉浸液中产生变化的离子分布；其中将纳米发动机沉浸在流体中包括：
添加过氧化氢或葡萄糖，以形成耦合液体；
使用苯磺酸和/或胺添加化学处理，以改进催化响应；
其中所述方法包含：
将纳米发动机沿着轨迹引导到货物；
组合纳米发动机和货物；及
通过沿进一步轨迹进一步推进，用纳米发动机运输货物。
2.权利要求1的方法，包括：
将纳米发动机沉浸在水性氧化还原耦合流体中；
从指向所述纳米发动机的光源提供能量，其中所述纳米发动机的一部分被光源照射，而纳米发动机的另一部分对于该光源被遮蔽；以及
允许光电化学反应在纳米发动机的表面和水性氧化还原耦合流体之间的界面产生带电离子，在纳米发动机的附近产生电场，所述电场能够在限定的轨迹通过电泳操纵纳米发动机的运动，其中所述轨迹是由纳米发动机的一个或多个组件的表面电势的极性确定的。
3.权利要求2的方法，其中所述光源的强度和空间位置是可调的；
其中由所述光源所产生的入射光的波长范围为340nm至1400nm；
其中所述纳米发动机是三维纳米树，包括作为纳米树主干的包括选自掺杂半导体、窄带隙半导体、光活性聚合物、生物分子或其混合物的材料的纳米线和作为纳米树分支的TiO
其中所述纳米树的主干包括p型硅；
其中所述纳米树包括均匀地嵌入在纳米树的主干的表面上的纳米颗粒形式的反应催化剂，该反应催化剂选自铂、金、银、钯、氧化铱、氧化镍、氧化钌或其混合物；
其中纳米发动机包括具有p-n结的芯-壳硅纳米线，纳米线的芯包括p型硅，且纳米线的壳包括n
其中所述水性氧化还原耦合流体选自过氧化氢，苯醌和氢醌的混合物，或其混合物；
其中纳米树的主干和/或分支被化学修饰，其中所述修饰能够改变纳米树的表面电势；
其中所述修饰是通过使用选自以下的材料完成的：3-[2-(2-氨基乙基氨基)-乙基氨基]-丙基三甲氧基硅烷、2-(4-氯磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷、铂或其混合物；其中所述纳米发动机包括均匀地嵌入在n
4.一种光推进纳米发动机设备，包括：
光源驱动器；
纳米发动机；以及
在驱动器和纳米发动机之间耦合的耦合流体，该耦合流体能够进行光电化学反应；
其中纳米发动机包括：
尺寸在纳米到微米范围的双相形状和组成的加工材料；
其中所述纳米发动机的所述至少双相形状包括主干和分支；其中所述纳米发动机的所述双相形状和组成包含主干，该主干包括硅纳米线和在硅线端部上的二氧化钛头，形成硅纳米线主干的外主干层，所述二氧化钛头包括连接至所述外主干层的分支；其中所述设备还包括已经沉积在硅纳米线上的铂纳米颗粒；
其中所述驱动器和所述纳米发动机之间的耦合流体包括：
含有过氧化氢或葡萄糖的液体；催化影响纳米发动机的推进的化学处理；
其中所述化学处理包括：
苯磺酸和/或胺；
其中已经沉积的铂纳米颗粒包括：具有至少部分地由无电沉积循环数确定的硅纳米线上的表面密度的铂纳米颗粒。
5.权利要求4的光推进纳米发动机设备，其中
其中所述化学处理包括：
2-(4-氯磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷CSPTMS和/或3-[2-(2-氨基乙基氨基)-乙基氨基]-丙基三甲氧基硅烷AEEA。
6.权利要求4的设备，包括：
提供入射光的光源，其中所述入射光的波长范围为340nm至1400nm；
纳米发动机；和
水性氧化还原耦合流体，其能够促进光电化学反应并选自过氧化氢，苯醌和氢醌的混合物，或其混合物。
7.权利要求6的设备，其中所述纳米发动机是纳米树，包括作为纳米树主干的包括选自掺杂半导体、窄带隙半导体、光活性聚合物、生物分子或其混合物的材料的纳米线和作为纳米树分支的TiO
其中所述纳米树包括均匀地嵌入在纳米树的主干的表面上的纳米颗粒形式的反应催化剂，该反应催化剂选自铂、金、银、钯、氧化铱、氧化镍、氧化钌或其混合物；
其中所述纳米树被选自以下的试剂化学修饰：3-[2-(2-氨基乙基氨基)-乙基氨基]-丙基三甲氧基硅烷AEEA、2-(4-氯磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷CSPTMS、铂或其混合物，所述修饰被施加到主干和/或分支并能够改变纳米树的表面电势；
其中所述纳米树相对于所述光源的轨迹由纳米树的一个或多个组件的表面电势的极性和整体纳米树的表面电势的极性确定；
其中所述芯-壳硅纳米线的推进的速度取决于入射光的强度、入射光的波长、入射光被芯-壳硅纳米线吸收的程度以及水性氧化还原耦合流体的离子强度。
8.一种制造纳米发动机的方法，包括：
加工包括主干尾部和头部的硅结构；
在主干尾部上沉积光活性颗粒；和
在头部上生长二氧化钛，以形成具有分支的外主干层；
其中在主干尾部上沉积铂包括通过无电沉积在硅纳米线上沉积；
通过液体沉浸进行的苯磺酸、和/或胺的化学处理。
9.权利要求8的方法，其中
通过液体沉浸进行的2-(4-氯磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷CSPTMS和/或3-[2-(2-氨基乙基氨基)-乙基氨基]-丙基三甲氧基硅烷AEEA的化学处理。
说明书
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月16日提交的美国临时申请序列号62/268,352的利益，该临时申请在此通过引用并入其全部内容，包括任何图、表格或附图。
发明背景
在生物医学应用和许多低成本的纳米制造工艺中使用的纳米和微米发动机通常包括多种能够推向或推离源场(source field)的微米和/或纳米颗粒复合材料。过去已证明了基于不同的推进机制的无机纳米发动机，所述推进机制包括例如自电泳、自扩散泳、气泡推进和自声泳(self-acoustophoresis)。
为了远程控制纳米和微米发动机，铁磁材料的使用已经常并入发动机并可以响应于外部磁场被操纵和/或引导。在另一方面，光学操纵诸如光学镊子也已经被发现可用于控制纳米级机器，因为光场可以更好的精确度和准确度被设计和操纵。集体趋光行为已经在合成的无机Janus纳米颗粒中被观察到，这暗示了设计光学控制纳米机器人的可能性。然而，为了设计基于趋光现象的完全功能纳米机器人，关键是设计单独的纳米发动机，其运动可被调节和编程。
简要概述
主题的实施方案一般涉及自推进纳米发动机，术语“纳米发动机”在本申请的文本中与术语“Janus纳米树”是可互换的。本发明的实施方案提供了能够从吸收的光子收集能量并经历随后的光电化学(PEC)反应的纳米和微米级发动机。
在一些实施方案中，具有三维Janus配置的纳米发动机(称为Janus纳米树)被提供，并且可以感测光源的方向。通过控制具有化学修饰的Janus纳米树的不同部分的ζ电势，Janus纳米树可被编程，以显示正趋光性或负趋光性。
在进一步的实施方案中，纳米发动机可以包括具有p-n结的硅纳米线。基于硅纳米线的纳米发动机类似于它的Janus纳米树对应物，可以通过自电泳机制被推进。在具体的实施方案中，硅纳米线的具体结构可以改变纳米发动机迁移轨迹。
在一些实施方案中，纳米发动机可以容易地通过不同强度水平的可见光、红外光和紫外光照射推进。有利的是，本文提供的纳米发动机可以通过生物系统中的应用所需的超低光强度被推进到高速。
有利的是，本文提供的装置和方法有希望用于设计单独光控、可逆和无线的纳米和微米机器，用于例如生物医学、催化和环境整治的应用中。
在一个方面，本发明包括以下实施方案：
1. 用于推进Janus纳米树的方法，包括：
在位于流体内的Janus纳米树从定向光源接收能量；
通过光电化学反应耦合所述定向光源和Janus纳米树，以推进流体内的Janus纳米树。
2. 实施方案1的方法，其中从定向光源接收能量包括：
调节源强度和空间位置以产生电磁辐射场，其中辐射大约在从大约UV-A1到大约近红外的范围内，以便基本上沿着流体内的特定轨迹推进Janus纳米树。
3. 实施方案1的方法，其中耦合所述定向光源和Janus纳米树包括：
将Janus纳米树沉浸在具有还原-氧化反应化学浓度的流体中，从而使Janus纳米树位于流体内，该流体包括耦合液体；
产生对于从定向光源接收的能量的催化响应以影响还原-氧化反应；以及
作为受影响的还原-氧化反应的结果，在Janus纳米树上和在沉浸液中产生变化的离子分布。
4. 实施方案3的方法，其中将Janus纳米树沉浸在流体中包括：
添加过氧化氢或葡萄糖，以形成耦合液体；和/或
使用苯磺酸(CSPTMS)和/或胺(AEEA)添加化学处理，以改进催化响应。
5. 1的实施方案，包含：
将Janus纳米树沿着轨迹引导到货物；
组合Janus纳米树和货物；及
通过沿进一步轨迹进一步推进，用Janus纳米树运输货物。
6. 一种光推进纳米发动机设备，包括：
光源驱动器；
Janus纳米树；以及
在驱动器和Janus纳米树之间耦合的耦合流体，该耦合流体能够进行光电化学反应。
7. 实施方案6的设备，其中Janus纳米树包括：
尺寸大约在大约纳米到大约微米范围的至少双相形状和组成的加工材料。
8. 实施方案7的设备，其中所述Janus纳米树的所述至少双相形状包括主干和分支；以及
其中所述Janus纳米树的所述至少双相组成包含至少部分主干，该部分主干包括硅纳米线和在硅线端部上的二氧化钛头，形成硅纳米线主干的外主干层，所述二氧化钛头包括连接至所述外主干层的分支。
9. 实施方案8的设备，还包括已经沉积在硅纳米线上的铂纳米颗粒。
10. 实施方案1的设备，其中所述驱动器和所述Janus纳米树之间的耦合流体包括：
含有过氧化氢或葡萄糖的液体；和/或
催化影响Janus纳米树的推进的化学处理。
11. 实施方案10的设备，其中所述化学处理包括：
苯磺酸(CSPTMS)和/或胺(AEEA)。
12. 实施方案9的设备，其中已经沉积的铂纳米颗粒包括：具有至少部分地由无电沉积循环数确定的硅纳米线上的表面密度的铂纳米颗粒。
13. 一种制造Janus纳米树的方法，包括：
加工包括至少主干尾部和头部的硅结构；
至少在主干尾部上沉积光活性颗粒；和
至少在头部上生长二氧化钛，以形成具有分支的外主干层。
14. 实施方案13的方法，其中至少在主干尾部上沉积铂包括通过无电沉积在硅纳米线上沉积。
15. 实施方案13的方法，其中沉积光活性颗粒包括：
通过液体沉浸进行的苯磺酸(CSPTMS)和/或胺(AEEA)的化学处理。
在另一个方面，本发明包括以下实施方案：
21. 一种用于推进纳米发动机的方法，包括：
将纳米发动机沉浸在水性氧化还原耦合流体中；
从指向所述纳米发动机的光源提供能量，其中所述纳米发动机的一部分被光源照射，而纳米发动机的另一部分对于该光源被遮蔽；以及
允许光电化学反应在纳米发动机的表面和水性氧化还原耦合流体之间的界面产生带电离子，在纳米发动机的附近产生电场，所述电场能够在限定的轨迹通过电泳至少部分地操纵纳米发动机的运动，其中所述轨迹是由纳米发动机的一个或多个组件的表面电势的极性确定的。
22. 实施方案21的方法，其中所述光源的强度和空间位置是可调的。
23. 实施方案21的方法，其中由所述光源所产生的入射光的波长范围为340nm至1400nm。
24. 实施方案21的方法，其中所述纳米发动机是三维纳米树，包括作为纳米树主干的包括选自掺杂半导体、窄带隙半导体、光活性聚合物和生物分子的材料的纳米线和作为纳米树分支的TiO2纳米线，所述TiO2纳米线在主干的一端化学生长并占据直径明显大于主干直径的基本上圆筒形的空间。
25. 实施方案4的方法，其中所述纳米树的主干包括p型硅。
26. 实施方案24的方法，其中所述纳米树包括均匀地嵌入在纳米树的主干的表面上的纳米颗粒形式的反应催化剂，该反应催化剂选自铂、金、银、钯、氧化铱、氧化镍和氧化钌。
27. 实施方案21的方法，其中纳米发动机包括具有p-n结的芯-壳硅纳米线，纳米线的芯包括p型硅，纳米线的壳包括n
28. 实施方案21的方法，其中所述水性氧化还原耦合流体选自过氧化氢，和苯醌和氢醌的混合物。
29. 实施方案24的方法，其中纳米树的主干和/或分支被化学修饰，其中所述修饰能够改变纳米树的表面电势。
30. 实施方案29的方法，其中所述修饰是通过使用选自以下的材料完成的：3-[2-(2-氨基乙基氨基)-乙基氨基]-丙基三甲氧基硅烷(AEEA)、2-(4-氯磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷(CSPTMS)和铂。
31. 一种三维纳米树，包括：
作为纳米树主干的包括选自掺杂半导体、窄带隙半导体、光活性聚合物和生物分子的材料的纳米线；和
作为纳米树分支的TiO2纳米线，所述TiO2纳米线在主干的一端化学生长并占据直径明显大于主干直径的圆筒形的空间，
其中所述纳米发动机能够通过具有范围从340nm至1400nm的波长的光源推进。
32. 实施方案31的纳米树，其中所述纳米树的主干包括p型硅。
33. 实施方案31的纳米树，其中所述纳米树包括均匀地嵌入在纳米树的主干的表面上的纳米颗粒形式的反应催化剂，该反应催化剂选自铂、金、银、钯、氧化铱、氧化镍和氧化钌。
34. 实施方案31的纳米树，其中纳米树的主干和/或分支被化学修饰，其中所述修饰能够改变纳米树的表面电势。
32. 实施方案34的纳米树，其中所述修饰是通过使用选自以下的材料完成的：3-[2-(2-氨基乙基氨基)-乙基氨基]-丙基三甲氧基硅烷(AEEA)、2-(4-氯磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷(CSPTMS)和铂。
33. 一种光推进纳米发动机设备，包括：
提供入射光的光源，其中所述入射光的波长范围为340nm至1400nm；
纳米发动机；和
水性氧化还原耦合流体，其能够促进光电化学反应并选自过氧化氢，和苯醌和氢醌的混合物。
34. 实施方案33的设备，其中所述纳米发动机是纳米树，包括作为纳米树主干的包括选自掺杂半导体、窄带隙半导体、光活性聚合物和生物分子的材料的纳米线和作为纳米树分支的TiO2纳米线，所述TiO2纳米线在主干的一端化学生长并占据直径明显大于主干直径的圆筒形的空间。
35. 实施方案33的设备，其中纳米发动机包括具有p-n结的芯-壳硅纳米线，纳米线的芯包括p型硅，纳米线的壳包括n
36. 实施方案34的设备，其中所述纳米树包括均匀地嵌入在纳米树的主干的表面上的纳米颗粒形式的反应催化剂，该反应催化剂选自铂、金、银、钯、氧化铱、氧化镍和氧化钌。
37. 实施方案34的设备，其中所述纳米树被选自以下的试剂化学修饰：3-[2-(2-氨基乙基氨基)-乙基氨基]-丙基三甲氧基硅烷(AEEA)、2-(4-氯磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷(CSPTMS)和铂，所述修饰被施加到主干和/或分支并能够改变纳米树的表面电势。
38. 实施方案34的设备，其中所述纳米树相对于所述光源的轨迹由纳米树的一个或多个组件的表面电势的极性和整体纳米树的表面电势的极性确定。
39. 实施方案35的设备，其中所述芯-壳硅纳米线的推进的速度取决于入射光的强度、入射光的波长、入射光被芯-壳硅纳米线吸收的程度以及水性氧化还原耦合流体的离子强度。
40. 实施方案17的方法，其中所述纳米发动机包括均匀地嵌入在n
附图的简要说明
本专利或申请文件包含以彩色绘制的至少一个附图。具有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本将在请求和支付必要的费用后由专利局提供。
图1A是示出根据本发明实施方案的纳米发动机(例如，Janus纳米树)的示意图，该纳米发动机能够响应于刺激自主推进。图1B是在硅晶片上制备的Janus纳米树森林的假彩色SEM图像。图1C是单独的Janus纳米树的扫描TEM图像。在图1C中，TiO2纳米线(右上插图)和硅纳米线(左下插图)的选择区域电子衍射图案表明，这两种材料都是单晶。比例尺分别为10μm(1B)和2μm (1C)。
图2示出了制造根据本发明的实施方案的Janus纳米树的方法。
图3A是侧照射下根据本发明实施方案的Janus纳米树的示意图，而图3B是示出了Janus纳米树的扭矩运动的光学图像。
图4示出由可调光驱动器引导的近似单词“nano”(即，覆盖图像)的根据本发明实施方案的Janus纳米树的轨迹。
图5A和5B分别是根据本发明实施方案的TiO2纳米线和硅纳米线阵列的SEM图像，而图5C示出测得的光电流的曲线图。
图6A-6D是示出了具有原始表面(6A)和使用不同表面处理AEEA(6B)、铂(6C)和CSPTMS(6D)的根据本发明实施方案的各种Janus纳米树的轨迹的光学图像。
图7是根据本发明实施方案的Janus纳米树的作为时间的函数的迁移速度的曲线图。
图8示出表面已经用不同的化学品处理的根据本发明实施方案的各种Janus纳米树的推进速度的曲线图。
图9A-9D是示出了具有原始表面(9A)和使用不同表面处理AEEA (9B)、CSPTMS(9C)和铂(9D)的根据本发明实施方案的各种Janus纳米树的趋光行为的光学图像。
图10A-10C示出了制备根据本发明实施方案的硅-TiO2 Janus纳米树的方法。图10A示出硅纳米线阵列的横截面和顶视(插图)SEM图像。图10B示出硅衬底上的Janus纳米树阵列的横截面和顶视(插图)SEM图像。图10C是单独的Janus纳米树的SEM图像。比例尺分别是10μm (10A和10B)和2μm (10C)。
图11A-11B是具有五个365nm的LED珠的测试台的顶视图(11A)和侧视图(11B)图像。见到一个XYZ微定位台安装在LED台旁以固定载玻片样品支持物。
图12A-12B是通过氯铂酸的热分解在TiO2纳米线上沉积的铂纳米颗粒的TEM图像，比例尺分别是20nm(12A)和100nm(12B)。
图13A-13B是示出了硅纳米线(13A)和TiO2纳米线壳(13B)与不对称纳米树一起在0.1%H2O2水溶液中的轨迹的光学图像。图13C是XeF2中去除硅骨架后TiO2纳米线壳的SEM图像。图13D是分散在溶液中，滴铸在硅晶片上，并自然干燥的纳米线壳。13C和13D中的比例尺均为2μm。
图14A是具有p/n结的一维Janus线游泳体的示意图。图14B是显示以约80μm/s的速度在可见光下迁移的单独的Janus p/n线的光学图像。
图15A-15E示出了根据本发明的实施方案的纳米发动机的示意图和结构表征。图15A是光驱动纳米发动机的示意图。n
图16A-16D示出了在可见光照射下根据本发明实施方案的纳米发动机的迁移行为。图16A是表示在可见光下从0s至10s的单一纳米发动机的运动的连续帧的叠加图像。比例尺为20μm。图16B是在短切光照下根据本发明实施方案的纳米发动机的作为时间的函数的迁移速度的曲线图。在“ON”状态的光强度是176.2 mW/cm
图17A-17I示出了末端形态诱导的不同的运动轨迹。图17A-17C是根据本发明的实施方案的具有不同方向运动轨迹的纳米发动机的连续帧的叠加的图像。每个图像中的比例尺是20μm。图17D-17F是不同的p型末端断裂表面的SEM图像。这些图像每个中的比例尺是500nm。图17G-17I示出了不同形状的末端断裂表面的电荷密度(颜色)和电场(流线)的数值模拟。箭头示意性地表示由带正电的离子对末端断裂施加的排斥力的方向。
图18A-18B示出了根据本发明的实施方案的纳米发动机的迁移速度和光吸收的波长依赖性质。图18A是通过在相应波长的光子数归一化的实验迁移速度以及对于具有909nm的实验直径的纳米发动机通过FDTD计算的光吸收的曲线图。插图：在模拟吸收光谱中用数字表示的吸收峰的吸收模式特征(absorption mode profiles)。图18B是作为波长函数的纳米发动机直径的FDTD模拟吸收曲线图。
详细说明
如本文中所使用的，术语“耦合”和“连接”被一般性地使用。应当理解，这些术语并非是同义词。“耦合”和“连接”都可以被一般地用于指示两个或更多个组件例如直接物理接触，包括电接触。然而，“耦合”也可以一般地用来表示两个或更多个组件不一定直接接触，但仍然能够协作和/或互相作用。
“货物装载”是指使用纳米发动机和/或微米发动机定向捕获、运输和/或释放材料。微米发动机和/或纳米发动机是指能够例如通过定向源驱动器执行轨迹的大约微米或纳米尺寸尺度的一种或多种材料的加工结构。光源能够通过使用合成无机纳米颗粒的光电化学反应诱导动力场，例如电磁场。如本文所提供，微米发动机和纳米发动机可以被化学装载货物材料用于药物递送、纳米手术和纳米传感器。
术语“微”和“纳”一般是用来指机器过程中一个或多个组件从大约纳米到大约微米范围的尺寸。示例性机器过程包括但不限于硅微加工和碳纳米管制造。然而，如果这些术语与长度单位组合，它们提供符合该单位的特定长度尺度的测量。如本文所提供的纳米颗粒通常约为1至100纳米。本发明的实施方案提供嵌入在硅纳米线中的铂纳米颗粒。
“线”是指具有显著大于其直径的长度的圆柱状或者基本上圆柱状的结构。较长尺寸对应于z轴。径向尺寸r轴可用于描述大致中心对称的线。如果线在基本垂直于它的z轴的方向上具有大致圆形的横截面，则线可以通过另外的量纲θ来描述，量纲θ对于圆形横截面基本是恒定的。对于本文提供的实施方案，硅纳米线被假定为长度约10μm和半径为50nm，尽管要求保护的主题不限于这些尺寸。
如本文提供的发动机(例如，纳米或微米发动机)包含加工结构(例如，具有从大约纳米到大约微米范围的尺寸)。发动机可以由外部驱动力移动，外部驱动力包括一种或多种以下的能量源：机械、热、电、化学、磁和电磁。被供能的发动机可以进行工作，以完成任务。在实施方案中，纳米发动机可以被推进和至少部分地沿轨迹引导。此外，所述纳米发动机可以与货物装载组合以进一步推进，和沿相同或不同的轨迹至少部分地定向。
如本文中所提供的，能够产生纳米发动机并引导纳米发动机(或微米发动机)的运动因此是期望的。在一些实施方案中，可以通过组合光源和耦合流体来产生光电化学能量。虽然各种光源可以在本文提供的实施方案中使用，可见光和紫外光辐射是优选的来源。在一些实施方案中，入射光的波长范围可以从大约UV-A1(波长大约340nm)到大约近红外(波长大约1400nm)。
在构建纳米发动机中的一个挑战是确定用于在例如流体环境中产生推进的适当机制。另一个挑战是确定在响应于外部刺激而推进的过程中远程地控制纳米发动机的运动的方法。
本发明的实施方案提供了由光子驱动，并且在一些实施方案中具有波长依赖行为的微米和纳米级发动机。在实施方案中，双相纳米发动机可以能够在光源的影响下产生运动，其在耦合流体的存在下在纳米发动机内部和周围产生离子的空间分布。
如本文所使用的，术语“耦合流体”是指能够通过化学反应(例如，光电化学反应)将来自源例如光源的能量耦合至纳米发动机从而通过该纳米发动机产生运动的流体。在一些实施方案中，耦合流体包括能够支持氧化还原反应和带电离子的交换的溶液。在实施方案中，耦合流体是过氧化氢(H2O2)，尽管本发明不限于此。其它氧化还原梭(redox shuttle)如苯醌/氢醌也可以用作耦合流体。
在实施方案中，具有基本上双相的形状和组成的纳米发动机被称为Janus纳米树。图1A是表示实施方案100的示意图，实施方案100包括在耦合液体(例如，H2O2)的存在下的Janus纳米树105，其中当所述纳米树被光源刺激时产生离子。特别是，通过沿着纳米树的表面和在其周围的耦合流体中空间变化的电势产生推进力。
Janus纳米树105(图1A)可在几何上描述为与分支120的集合连接的主干110，使得由分支120的集合填充的大致圆柱形的体积的直径显著大于主干110的直径。每个单独的分支130以不同的锐角连接到一部分主干，并且每个分支的长度近似于通过分支120的集合所形成的基本上圆柱形的体积的半径。
在一些实施方案中，Janus纳米树在其双相结构105内包括至少两种不同的材料。
如在图1A-1C中所示，本发明的实施方案提供Janus纳米树，其包括二氧化钛(TiO2)纳米线作为单独的分支130，形成连接到作为主干110的p型硅纳米线的分支120的阵列。另外，主干110中被嵌入(通过例如化学沉积或溅射)多个铂纳米颗粒140，其用作光电催化剂。
照射时，TiO2分支中光激发的空穴和硅主干中光激发的电子迁移到半导体-电解质界面，并通过在式1-3中所述的PEC反应分解H2O2，从而分别产生带正电的质子(H
总体：2H2O2(aq)→2H2O(l)+O2 (g),[1]
阳极(p型)：H2O2(aq)→2H
阴极(n型)：H2O2(aq)+2e
参考图15A-15E，进一步的实施方案提供了具有芯-壳硅纳米线结构的纳米发动机，该纳米线包括p-n结。图15A示出了纳米发动机的示意图，其中n
当入射光1540照射时，在p-n结产生光激发电子-空穴对。由于结处的带弯曲，光产生的电子可以被输送到n
在一些实施方案中，纳米发动机上和附近产生的光化学反应产生电荷梯度。在实施方案中，所产生的电荷分布可使用COMSOL多物理过程来进行模拟(结果如图15C中所示)。氧化还原耦合流体中H
在某些实施方案中，纳米发动机特别是纳米线的大规模制造可以通过基于光刻和金属辅助无电化学蚀刻工艺的低成本方法来完成。在实施方案中，在大规模制造中制备的硅纳米线阵列可以具有大约10μm的长度和从约300nm到约1μm可调的直径。
在一些实施方案中，在本文提供的纳米发动机的制造中使用的硅是单晶(如在图15E示出)且铂纳米颗粒被均匀地分散在硅的表面上。
在一些实施方案中，也可使用其它催化剂例如贵金属(例如Au、Ag和Pd)和氧化物(例如氧化铱、氧化镍和氧化钌)。在某些实施方案中，使用催化剂是任选的。在进一步的实施方案中，催化剂可用于提高纳米发动机的一个或多个材料性质。例如，在Janus纳米树中使用的Pt催化剂可以提供二氧化钛(TiO2)分支和硅主干之间的欧姆接触，以改善纳米树内的导电率。
作为本发明实施方案的有利特征，本文提供的纳米发动机的材料组成的差异可用于支持不对称的PEC效应，这可导致沿纳米发动机的体轴的空间变化的电荷分布。在一些实施方案中，这些不对称的电荷分布可以提供由入射光引导的推进力(图1A和图15A中由向量F描述)。
在一些实施方案中，紫外(UV)发光二极管可以用作光源。或者，可见光源也可以使用，以产生本文提供的纳米发动机的自主推进。
氧化还原耦合流体如过氧化氢(H2O2)可用作电子和空穴清除剂，以提供相对快的反应动力学。没有照射时，纳米发动机的表面上H2O2分解反应在很大程度上是可忽略的，在这种情况下，纳米发动机例如在图3A中的Janus纳米树330的行为如布朗颗粒。
图2示出制造根据本发明实施方案的Janus纳米树的方法。制造Janus纳米树的实施方案并不限定于图2中所示的方法。参考图2，在210中，硅纳米线220的阵列被支持在p型硅衬底230上，其可以通过公知的半导体微制造过程，包括例如光刻和蚀刻来制造。此外，可以在硅纳米线主干的表面上产生具有约0.9微米的平均直径和约3μm节距的节距的Pt纳米颗粒。
在240中，通过例如将纳米线沉浸在包括氯铂酸和HF的溶液中，将Pt纳米颗粒250负载在硅纳米线的表面上。在一些实施方案中，Pt的负载过程可重复最多5次。随后将Pt负载的硅在真空中退火以形成硅化铂。
在260中，在有机溶剂例如茴香醚中用聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)滴铸嵌入有Pt纳米颗粒的硅纳米线。在密封箱(270)中的溶剂缓慢蒸发后，填充的PMMA至少部分地通过氧等离子体去除以暴露所需长度的硅纳米线。在浸入稀释的HF中以除去硅纳米线上的天然氧化物后，将硅纳米线加载到原子层沉积(ALD)室中。
在实施方案中，TiO2晶种层被涂覆在纳米线的暴露的表面上，使用四(二甲基氨基)钛(TDMAT)作为前体。然后对硅结构进行退火以除去残留的PMMA并使无定形TiO2层290结晶，如280中所示。最后，在高压釜中，由包含DI水、HCl和异丙醇钛的生长溶液生长TiO2纳米线。
图3A-3B示出根据本发明的实施方案的Janus纳米树的侧面照射，其中照射侧310和阴影侧320之间的PEC反应的不对称性产生基本上垂直于纳米树330的长轴线的电场。图3A示出了纳米树感测和对准的机制，其中扭矩F从侧面照射施加于纳米树。对于约1微米的吸收长度，被照射的侧面310上的TiO2分支的阵列接收更多的光子，并因此产生比阴影侧320更多的PEC反应产物(在这种情况下为H
在一些实施方案中，Janus纳米树330的暴露的硅主干也可以产生PEC反应产物(在这种情况下为OH
本文提供的纳米发动机(例如，Janus纳米树和硅纳米线)的一个或多个实施方案可以共同在例如载玻片的样品支持物中观察到，样品支持物可以在配备有照射源的三轴微定位台上被操纵(图11A-11B)。在一些实施方案中，台可以用操纵杆来调节以控制各个纳米发动机的位置。
通过改变入射光的方向，在此提供的纳米发动机的实施方案可以基本上或至少部分地沿期望的轨迹“操纵”，如图4所示，其中描绘了拼写单词“nano”的轨迹。
在具体的实施方案中，具有p-n结的基于硅纳米线的发动机的结构可以显著地改变发动机的迁移轨迹(图14)。所制备的p-n结发动机通过切换可见光照射显示瞬时和可重复的“ON-OFF”响应(图16B)。
在一些实施方案中，由p-n结纳米线例证了若干运动轨迹(图17A-17C)。系统的SEM检查后，发现末端断裂表面的形状在操纵发动机的方向和确定运动的行为中起着显著的作用(图17D-17F)。具有类似于它们相应的SEM图像的尺寸的纳米线的数值模拟结果突出了p型Si末端表面的功能。结果表明，由于断裂表面的空间限定的反应位点，在溶液中的不对称电荷分布由p型表面周围高度约束的光生H
对于具有不对称的末端表面的发动机，从线的长轴偏离的力提供了垂直于轴线的力分量，导致推进发动机的旋转运动的扭矩(如图17G-17I所示)。此外，根据模拟结果和实验观察，化学反应和离子扩散的有效功能尺度可以被限制到几百纳米尺度，且机械响应是即时的，这提供了方向可控的纳米级机器设计的潜在策略。
众所周知，生物细胞对UV或甚至高强度的可见光的耐受低，使得这种光的使用与许多体内应用不相容。有利的是，本文提供的纳米发动机的实施方案能够在低至4.3 mW/cm
在PEC反应中的光电流密度(J)是正比于入射光强度(I)。因此，电泳场可以通过欧姆定律(E=J/k)估计，其中k是特定耦合流体的电导率。通过在Hückel法则中替换E，预期本文提供的纳米发动机的实施方案的迁移速度(ve)与光强度和ζ电势(ζ)成线性比例，其基本上符合以下关系：
[4]
其中η是特定介质的粘度系数， 是外部量子效率(Harris, L. B. “Simplifiedcalculation of electrophoretic mobility of non-spherical particles when theelectrical double layer is very extended” J. Colloid Interface Sci. 34, 322-325 (1970))。
在一些实施方案中，本文提供的纳米发动机的迁移速度可以被下列参数中的至少一个影响：入射光的强度、入射光的波长、纳米发动机光吸收的大小和所述耦合流体的离子强度。
在一些实施方案中，本文所提供的光驱动的纳米发动机相对于光源的对准可以至少部分地由纳米发动机至少一个组件，即纳米发动机的头和/或尾的表面电荷的极性确定。
有利地，通过本文所提供的技术实现的定向光对准比磁性对准更理想，磁性对准不能区分场极性，并且可以导致与期望的方向相反的方向的对准。此外，定向对准纳米发动机的能力使得能够使用多个波束独立刺激位置彼此紧密靠近的多个实施方案的纳米发动机。
在进一步的实施方案中，本文提供的纳米发动机可以被化学处理以改变纳米发动机的一个或多个组件(例如，Janus纳米树的分支和/或主干；芯-壳硅纳米线的p型Si头和/或n
在一些实施方案中，本文提供的Janus纳米树的迁移方向与其整体表面电势的极性和所述纳米树的头的表面电势的极性有关。在优选实施方案中，可以使用简单的XNOR逻辑门来基于整体的极性和纳米树的头的极性使用以下关系确定趋光特性(即，正或负)：趋光性= 。具体地，如果所述纳米树的整体ζ电势的极性与其头是相同的(即，都是正或都是负)，则纳米树表现出正趋光的行为。相反，如果所述纳米树的整体ζ电势的极性与其头是相反的，则纳米树表现出负趋光的行为。通过指定正的ζ电势为“+”，负的ζ电势为“-”， 具有不同表面化学处理的Janus纳米树的趋光行为可以在下面的表I中说明。
表I：符号“+”和“-”分别表示正和负表面电势。
有利的是，通过采用不同的化学修饰独立地修饰纳米树的一个或多个组件的表面电荷，给定的Janus纳米树的趋光行为可以容易地调节并编程。
为了说明的目的，图7示出在短切曝光下具有原始表面的根据本发明的实施方案的Janus纳米树的迁移速度，表明带电的Janus纳米树可用自生电场通过电泳产生自主运动。如图6A所示，原始纳米树以尾向前的方向迁移，这意味着正的ζ电势。这符合以下事实：带正电的TiO2头的表面积比带负电的硅尾的表面积更大，从而导致纳米树的整体正电荷。
此外，图9A-9B是连续帧的叠加图像，表明原始和经AEEA处理的Janus纳米树以尾向前方向迁移，等同于正趋光的行为(即，朝向光源迁移)。相反，对于CSPTMS处理的纳米树，电荷极性由带负电的硅尾(具有与其接枝的苯磺酸)主导，导致具有负趋光性的头向前迁移方向(图9C)。图9D是连续帧的叠加图像，其指示具有连接到以正趋光性移动的硅尾的带负电的铂纳米颗粒的Janus纳米树。
与基本上一维的线性纳米发动机相比，具有双相几何形状的三维纳米发动机可以响应于光刺激产生远离其体轴的不对称电场，产生趋光性。同样地，在一些实施方案中，纳米树上延伸的分支可以产生基本上垂直于纳米树的体轴的PEC反应产物浓度梯度，使得纳米树可以基本上或至少部分地被定向光源操纵。
当然，除了本文所提供的Janus纳米树以外，许多三维几何形状是可能的，这取决于纳米发动机的应用，且所要求保护的主题并不意图在范围上限于特定的几何形状。还应当注意，对于类似的几何形状，通过调整Janus纳米树的分支半径和/或主干长度，性能的提高也是可能的。
在进一步的实施方案中，根据Smoluchowski关系，预计纳米发动机(例如，纳米树和纳米线)的迁移速度与它们的表面电势成比例。其结果是，不同的参数可被用于比较各种纳米发动机的性能，包括例如纳米发动机的长度，裸露的硅主干的长度与纳米发动机的长度的比率，和在最高功率输出下纳米发动机的最大速度。下表II例如比较了AEEA修饰的纳米树与具有类似几何形状的原始纳米树的光强度归一化的迁移速度(LINMV)。正如预期的那样，较高的ζ电势显得导致较高的迁移速度。
表II：调整的线性回归方法中计算的拟合斜率及其标准偏差。
在一些实施方案中，其它光活性材料，包括但不限于窄带隙半导体、光活性聚合物和蛋白质，可以被用于制造纳米发动机，作为硅纳米线的替代。
材料和方法
用具有450nm的长通滤波器的显微镜灯作为可见光源，水溶液中的0.5 wt.% H2O2由于其快速反应动力学而被用作电子和空穴清除剂。
无照射下(<2 mW/cm
迁移研究的实验装置使用具有五个365nm的LED珠的测试台。一个XYZ微定位台被安装在LED台旁边并固定于载玻片样品支持物。五个3W的365nm的LED珠(LG Innotek)被连接到3D打印的黑色空心立方体盒。操纵杆被用来独立地调整LED的方向。一个XYZ微定位台被安装在作为样品支持物的铝板上以便相对于所产生的LED光精细地调整样品位置。由两个载玻片制成的定制的液体样品支持物被夹持在微定位台上并放置在光学显微镜(Olympus MX51M)之下。
实施例
以下是示出用于实施本发明程序的实施例。这些实施例不应该被解释为限制性的。所有百分比均以重量计，并且所有溶剂混合物比例按体积计，除非另有说明。
实施例1-设计和制造硅纳米线发动机
在实施方案中，纳米发动机被配置为硅纳米线，所述硅纳米线具有沉积在其表面上的Pt纳米颗粒催化剂。这种设计的特点是产生受限的反应区，该反应区是在所述纳米线的一端露出的p型断裂表面。通过标准光刻和金属辅助无电化学蚀刻制造硅线阵列。由热扩散法制造n
实施例2-测量纳米发动机的迁移
所制备的纳米线发动机可从硅晶片刮离，并转移到H2O2溶液用于运动测量。观察发动机的运动并使用Olympus MX51光学显微镜和Canon相机记录。超连续激光器被用作光源，用于从400nm至800nm的间隔20nm的波长依赖性测量。记录后，可以通过自然蒸发以干燥除去水来停止发动机。具有450nm截止滤光器的显微镜卤灯被用作光源，用于“ON-OFF”、光强度和离子强度依赖性的测量。
实施例3-测量纳米发动机的PEC光电流
建立双电极光化学测量设置以确定H2O2溶液中n
实施例4-模拟纳米发动机的光吸收
使用商品化的有限差分时域(FDTD)软件包(Lumerical FDTD Solutions软件)进行吸收模拟。发动机的直径得自记录其运动行为之后的SEM测量。模拟空间为5 µm × 5 µm× 5 µm，沿x-、y-和z-轴具有完全匹配的层边界。光源是沿着负z方向传播的平面波，波长范围是从400nm至800nm。网格为非均匀型的，精度为3。使用2D横截面监测器计算吸收光谱。
实施例5-设计和制造Janus纳米树发动机
根据本发明的实施方案的Janus纳米树的制造过程在图2中示出。通过沉浸在0.5mM氯铂酸(H2PtCl6) (Sigma-Aldrich)和0.5M HF的溶液中1.5分钟将Pt纳米颗粒加载在硅纳米线的表面上。Pt加载过程可以重复最多5次。然后将该Pt嵌入的硅纳米线在600℃下在真空中用500sccm的Ar流退火30分钟，以形成硅化铂。
该Pt嵌入的硅纳米线和相关联的衬底用茴香醚中的2重量%的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)滴铸。在密封箱中的茴香醚缓慢蒸发后，填充的PMMA通过氧等离子体去除以暴露所需长度的硅纳米线。在浸入稀释的HF中以除去天然氧化物后，将硅纳米线加载到原子层沉积(ALD)室(Savannah 200, Cambridge Nanotech Inc)中。
使用四(二甲基氨基)钛(TDMAT)作为前体，将5 nm TiO2晶种层涂布在硅纳米线的暴露表面上。然后将纳米线在450℃下在环境空气中退火30分钟，以除去残留的PMMA和使无定形TiO2层结晶。
将10 mL的DI水、10 mL的37% HCl和0.28 mL异丙醇钛(J&K Chemical)混合，以形成TiO2纳米线生长溶液。将溶液振摇15分钟，并与硅纳米线一起转移到特氟隆衬里中，至不锈钢高压釜。在对流烘箱中在200℃下进行TiO2纳米线的生长90分钟。
实施例6-测量纳米树的PEC光电流
PEC光电流测量装置的图显示于图5A-5B中，该装置包括分离的TiO2光电阳极和硅光电阴极。该装置用于测量在H2O2溶液中的Si/TiO2电极的光电流。包括纳米线阵列的硅晶片加载有铂纳米颗粒，被用作1 cm × 2 cm光电阴极，如图5B所示。同样地，在类似的条件下在氟掺杂的氧化锡(FTO)玻璃上生长TiO2纳米线，以形成1 cm × 2 cm光电阳极，如图5A中所示。
两个分离的电极沉浸在1% H2O2和0.5 M Na2SO4水溶液中，并连接到零偏压下的PXI-4132精确电源测量单元(National Instrument)，用于短路电流的测量。在100W的氙灯照射下记录~0.1 mA/cm
实施例7-测量纳米树的迁移速度
在这里使用定制的Matlab程序进行迁移速度分析。首先，将取自实施方案的视频分解成单独的灰阶图像帧。然后，单个帧的质心被计算，并用作在帧中的实施方案的位置。因此，特定轨迹被连续地获得。通过将连续的三帧取平均值而使坐标平滑。从平滑的轨迹来计算速度。
为了获得迁移速度的一些精度，使用超过100个速度点以计算平均速度(v ̅)和标准偏差(σ_v)。置信限v=v ̅±(zσ_v)/√N，其中z为1.96(95%置信限)，对于N使用，即速度点的数量。通过比较光功率计测量结果(POWER MAX 500D, Molectron )，例如相对于来自LED的UV光强度，校准小的硅光电二极管。计算的LINMV以95%的置信水平报告如下。图8示出图表，说明速度与光强度成线性比例。
实施例8-化学处理纳米树
采用带负电的分子的两种修饰为：(1)通过CSPTMS处理接枝在Si表面上的苯磺酸(LINMV = -0.22±0.03 mm
作为示例，使用下面的方法来实现涉及AEEA的表面处理。通过无电沉积再加载铂纳米颗粒后，将纳米树在50℃下沉浸在10重量%的AEEA(Sigma Aldrich)和无水乙醇中15小时。分别用乙醇和去离子水充分洗涤纳米树。
作为涉及CSPTMS的另一个例子，将纳米树在2.5 M HF和2.5 mM AgNO3中进行蚀刻5分钟以粗糙化其硅尾的表面。在65重量%的硝酸中去除银10分钟后，将纳米树用新鲜的Pt纳米颗粒再加载，并在35℃下沉浸在10 wt% CSPTMS (Acros Organics)/乙醇中15小时。然后将纳米树用乙醇彻底冲洗，并存储在去离子水中2小时。
作为又一实例，Pt处理需要通过ALD将10 nm TiO2层沉积在纳米树的表面上以防止或减少硅化物形成。然后，200 µL的0.1 mM H2PtCl6水溶液被滴铸在纳米树上并在600℃下在真空中用500sccm的Ar流退火5分钟，以在纳米树的表面将H2PtCl6分解为Pt纳米颗粒。
实施例9-比较用各种化学品处理的纳米树的迁移速度
如图8所示，用AEEA处理后，带正电的胺接枝到纳米树表面上，这导致更高的ζ电势。AEEA处理的纳米树显示出LINMV为(v_e) ̅_((AEEA))=0.83±0.05 mm
实施例10-混合纳米树与各种发动机组件
本文所提供的Janus纳米树的实施方案与其选择的组件，如硅纳米线和/或TiO2纳米线分支在0.1% H2O2水溶液中混合，以观察选择的组件是否会导致对于定向迁移的效果。
Pt加载的硅纳米线组件与Janus纳米树的实施方案混合并置于0.1% H2O2溶液中。使用365nm的照射，观察到硅纳米线组件没有明显的定向迁移。
同样地，Janus纳米树的实施方案在定制的XeF2蚀刻器中蚀刻以选择性地去除硅纳米线主干。剩余的TiO2纳米线分支通过氧等离子体清洁，以提供纳米线组件，并与所述纳米树一起放置在0.1% H2O2溶液中。在UV照射下，对于TiO2纳米线分支的组件，没有观察到定向迁移。
实施例11-研究影响纳米发动机的迁移速度的因素
为了研究迁移速度和光强度之间的关系，在不同的光强度水平下测量相同发动机的速度。结果表明，发动机速度与光强度成线性比例，可以通过从32.2 mW/cm
为了证实发动机迁移的电泳机制，研究了离子强度和迁移速度之间的相关性。已经采取了许多努力以获得对于电泳迁移的机制及影响因素的定量理解，包括类似于Helmholtz-Smoluchowski表达式的以下比例式：
其中ζ是反应驱动的质子通量，F是Faraday常数，λD是Debye长度，j
为了研究离子强度对于纳米发动机的实施方案的速度的影响并澄清迁移机制，设计了原位离子强度测量系统以记录在不同的NaCl浓度下特定发动机的运动速度。假定粘度、介电常数和溶液中的离子的通量保持相同水平，溶液电导率随不同离子强度的变化表现出与发动机速度成负相关。图16D显示出归一化的实验发动机速度对于溶液电导率的依赖性，符合理论曲线(红色虚线)。为了清楚起见，将运动速度相对于电阻率作图，与溶液的电阻率成线性比例，这证实了p-n结硅纳米发动机的自电泳推进机制。
对于太阳能电池和光电检测器中的Si和Ge纳米线已深入研究了光吸收的波长和尺寸依赖性。所报告的外部量子效率(EQE)的值可以通过光吸收的数值模拟很好地估计，其提供了性能预测和光子管理的可信方法。如在Si纳米线p-n结纳米发动机中所描绘的，化学反应通过光生电子-空穴对触发。因为发动机的迁移速度与光强度成比例(式4)，可以预期光吸收和迁移速度之间的正相关性。
为了研究发动机速度的波长依赖性，在间隔20nm的从500nm至800nm范围的波长下测量了相同的单独发动机的速度。用速度除以相应波长的入射光子通量后获得归一化速度曲线。
速度测量后，在玻璃支持物上停止发动机，通过SEM表征特定发动机的直径。采用测量的纳米发动机尺寸，FDTD模拟的吸收峰(图18A，红线)与实验速度曲线(黑线)的特征峰很好地吻合，印证了纳米发动机的机械运动与硅线的吸收特性密切相关的事实。另外，该模拟显示在不同吸收峰的不同的吸收模式。例如，吸收曲线中在581nm、628nm、670nm和745nm的峰对应于具有不同波腹和驻波的Fabry-Perot型模式。为了概述Si线光吸收的波长和直径的依赖性，通过FDTD模拟系统地研究了吸收强度(图18B)，其为通过设计纳米发动机的形态和光吸收控制运动提供了指导，并显示了未来可精确控制的装置的潜在途径。
应当理解的是，本文所描述的实施例和实施方案仅用于说明性目的，并且鉴于所述实施例和实施方案的各种修改或改变将被提示给本领域技术人员，并且被包括在本申请的精神和范围内。
本文提及或引用的所有专利、专利申请、临时申请和出版物(包括“参考”部分中的那些)都通过引用以其整体并入，包括所有的图和表，至不与本说明书的明确教导矛盾的程度。
参考文献
纳米发动机推进专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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