中科院深圳先进院ACS AMI：近红外光驱动集成微纳马达可控运动

【引言】

微纳马达是可以将其他形式的能量 (光、电、磁、热、化学能等) 转化为自身动能的微纳粒子或器件。目前研究主要集中在单分散的个体微纳马达，它们能适应不同的驱动方式并展现较好的运动性能。受自然界中生物马达通过集群效应以实现物体输运行为的启发，在充分结合微纳马达将外场能量转化为自身动能特性的基础上，将单分散个体微纳马达组装成阵列结构实现其运动，并将这种阵列结构作为驱动部件用于驱动物体运动，对拓展微纳马达在仿生设备、软体机器人等领域应用具有重要意义。

【成果简介】

近日，中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏副研究员团队首次通过胶体晶体刻蚀技术实现了具有中空金微锥形貌的微纳马达的集成构建，并利用近红外光实现了集成微纳马达的多种可控运动。该项研究成果以“Near-Infrared Light-Driven Controllable Motions of Gold-Hollow-Microcone Array”为题发表在材料领域期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF: 8.097）上（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, DOI: DOI: 10.1021/acsami.9b03576）。

【图文导读】

研究团队独具匠心地利用胶体晶体刻蚀技术构建了具有中空金微锥形貌的集成微纳马达，并利用近红外光诱导的等离子体热和对流效应实现了集成微纳马达在液体中的运动（图1）。此外，通过调整中空金微锥阵列的宏观尺寸、形状以及近红外光的照射位置，可以实现弯曲、凸起等多种可控变形行为。进一步，杜学敏研究团队基于前期在软体执行器方面的丰富研究经验（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），成功设计并实现了集成微纳马达的仿水母浮起运动。而且，非常有意思的是，在近红外照射下，集成微纳马达甚至可以作为强力驱动器进而驱动超过其自身重量57倍的仿生船运动（图2）。

图 1. 集成微纳马达在近红外光照射下驱动船运动

图 2.

（A）近红外光操控集成微纳马达的仿水母浮起运动；（B）集成微纳马达浮起过程中的高度表征图（插图为不通浮起高度下的形貌）；（C）集成微纳马达置于仿生船尾部，在近红外光照射下驱动船在液体表面运动。

【小结】

相关研究不仅为微纳马达直接集成为一个宏观器件提供了一种新的简单的方法，而且在远程控制智能设备和软机器人等领域具有广阔前景。该研究工作得到科技部重点研发专项（2017YFA0701303）、中科院青促会、粤港科技合作资助计划（2017A050506040）等项目资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b03576 

【相关文献】

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, Panče 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.

本文系中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏副研究员团队供稿。

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