復旦大學李曉民團隊綜述：如何構筑納米機器人？

科幻電影中，常常能見到無所不能的納米機器人大發神威。這種微觀尺度的機器人可以像宏觀機器一樣，完全可控地運動并行使各種功能。如果這種納米級別的機器人真的能夠制備出來，將在醫療、催化、能源等各個領域發揮巨大的作用。

近年來，作為一種極具前景的材料，“納米馬達”備受關注。“納米馬達”指具有自主推進能力，能夠在液體中做主動運動的微納尺度顆粒。近年來納米馬達的研究取得了長足的進步，各類納米馬達被合成并應用于多種領域。這種能自主運動的納米粒子，是邁向納米機器人的第一步。

時至今日，朝著“納米機器人”這一終極目標邁進的過程中，研究者們開始不再滿足于讓納米馬達“動起來”，而是嘗試對其運動進行精準的調控。尤其是近五年間，隨著微納合成技術、表征手段的進展，研究者們對納米馬達運動的機制、控制方法的研究愈發的深入。本綜述就對近些年在這方面的進展做系統性回顧。綜述對納米馬達的運動機制做了新的分類總結，對合成納米馬達的方法進行了系統性回顧，從“組成”、“表面”、“尺寸”、“形貌”四個關鍵點，對納米馬達的運動行為的精確調控做了系統性回顧。

首先，綜述對納米馬達主動推進機制進行了分類歸納。有別于此前常見的基于光、磁、催化等分類方式，本綜述將納米馬達的主動運動分為（1）與周圍溶質的非對稱作用力與（2）被局域流體推動兩個大類，并根據具體情況進行細分（圖1）。對納米馬達運動機制的闡明，便于對運動進行更精細調控。

圖1. 納米馬達主動運動的機制分類

隨后，基于推進機制對局域非對稱性的需求，綜述回顧了制備具有非對稱結構的納米馬達的相關方法，包括內在非對稱性、硬模板法、噴淋法、乳液法、各向異性生長法、生物模版法、3D打印等等。

圖2.?幾種代表性非對稱納米馬達的合成方法

最后，該綜述從 “組成”、“表面”、“尺寸”、“形貌”四個方面分別闡述了他們對納米馬達運動行為的影響，并圍繞這四個方面對如何控制納米馬達運動速率、運動方向等進行了回顧。

圖3. 影響納米馬達運動的四個關鍵因素

復旦大學先進材料實驗室博士后趙天聰為本綜述第一作者，復旦大學化學系李曉民教授為通訊作者。

參考文獻：Tiancong?Zhao and Xiaomin Li*, On the Approach to Nanoscale Robots: Understanding the Relationship between Nanomotor’s Architecture and?Active Motion. Advanced Intelligent Systems, 2023, 2200429.

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202200429

本文由作者供稿