中科院深圳先進院ACS AMI：近紅外光驅動集成微納馬達可控運動

【引言】

微納馬達是可以將其他形式的能量 (光、電、磁、熱、化學能等) 轉化為自身動能的微納粒子或器件。目前研究主要集中在單分散的個體微納馬達，它們能適應不同的驅動方式并展現較好的運動性能。受自然界中生物馬達通過集群效應以實現物體輸運行為的啟發，在充分結合微納馬達將外場能量轉化為自身動能特性的基礎上，將單分散個體微納馬達組裝成陣列結構實現其運動，并將這種陣列結構作為驅動部件用于驅動物體運動，對拓展微納馬達在仿生設備、軟體機器人等領域應用具有重要意義。

【成果簡介】

近日，中國科學院深圳先進技術研究院杜學敏副研究員團隊首次通過膠體晶體刻蝕技術實現了具有中空金微錐形貌的微納馬達的集成構建，并利用近紅外光實現了集成微納馬達的多種可控運動。該項研究成果以“Near-Infrared Light-Driven Controllable Motions of Gold-Hollow-Microcone Array”為題發表在材料領域期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF:?8.097）上（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, DOI:?DOI: 10.1021/acsami.9b03576）。

【圖文導讀】

研究團隊獨具匠心地利用膠體晶體刻蝕技術構建了具有中空金微錐形貌的集成微納馬達，并利用近紅外光誘導的等離子體熱和對流效應實現了集成微納馬達在液體中的運動（圖1）。此外，通過調整中空金微錐陣列的宏觀尺寸、形狀以及近紅外光的照射位置，可以實現彎曲、凸起等多種可控變形行為。進一步，杜學敏研究團隊基于前期在軟體執行器方面的豐富研究經驗（Advanced Materials, 2017, 29, 1702231；Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120；Advanced Functional Materials, 2018, 28, 1801027；Chemistry-An Asian Journal, 2019, DOI: 10.1002/asia.201900292；Research, 2019, vol. 2019, 6398296），成功設計并實現了集成微納馬達的仿水母浮起運動。而且，非常有意思的是，在近紅外照射下，集成微納馬達甚至可以作為強力驅動器進而驅動超過其自身重量57倍的仿生船運動（圖2）。

圖?1. 集成微納馬達在近紅外光照射下驅動船運動

圖?2.

（A）近紅外光操控集成微納馬達的仿水母浮起運動；（B）集成微納馬達浮起過程中的高度表征圖（插圖為不通浮起高度下的形貌）；（C）集成微納馬達置于仿生船尾部，在近紅外光照射下驅動船在液體表面運動。

【小結】

相關研究不僅為微納馬達直接集成為一個宏觀器件提供了一種新的簡單的方法，而且在遠程控制智能設備和軟機器人等領域具有廣闊前景。該研究工作得到科技部重點研發專項（2017YFA0701303）、中科院青促會、粵港科技合作資助計劃（2017A050506040）等項目資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b03576?

【相關文獻】

1. Qilong Zhao, Juan Wang, Huanqing Cui, Hongxu Chen, Yunlong Wang, Xuemin Du, Programmed shape-morphing scaffolds enabling facile 3D endothelialization, Advanced Functional Materials, 2018, 1801027.

2. Xuemin Du, Huanqing Cui, Bin Sun, Juan Wang, Qilong Zhao, Kai Xia, Tianzhun Wu, Mark S. Humayun, Photothermally triggered shape-adaptable 3D flexible electronics, Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120.

3. Lidong Zhang, Pan?e Naumov, Xuemin Du, Zhigao Hu, Juan Wang, Vapomechanically responsive motion of microchannel-programmed actuators, Advanced Materials, 2017, 29, 1702231.

4. Xuemin Du, Huanqing Cui, Qilong Zhao, Juan Wang, Hongxu Chen, Yunlong Wang, Inside-out 3D reversible ion-triggered shape-morphing hydrogels, Research, 2019, 2019, 6398296.

5. Huanqing Cui, Qilong Zhao, Yunlong Wang, Xuemin Du, Bioinspired actuators based on stimuli-responsive polymers, Chemistry-An Asian Journal, 2019, DOI: 10.1002/asia.201900292.

本文系中國科學院深圳先進技術研究院杜學敏副研究員團隊供稿。

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