在國家自然科學(xué)基金支持下，哈爾濱工業(yè)大學(xué)微系統(tǒng)與微結(jié)構(gòu)制造教育部重點實驗室賀強教授團隊在膠體馬達領(lǐng)域取得重要進展，研究成果以“熱敏高分子刷調(diào)控自泳驅(qū)動陰陽型微馬達運動方向”（Thermoresponsive Polymer Brush Modulation on the Direction of Motion of Phoretically Driven Janus Micromotors）為題發(fā)表在國際著名期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.，影響因子12.102）上。賀強教授和化工與化學(xué)學(xué)院吳英杰副教授為共同通訊作者。
膠體馬達能將周圍環(huán)境中存儲的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為自推進運動的膠體粒子，亦稱活性膠體或游動微納米機器人，可作為物理模型幫助人們理解生命系統(tǒng)中的自組織行為，并可用于仿生構(gòu)筑具有涌現(xiàn)性自組織、自修復(fù)等特性的活性材料，也有望為生物醫(yī)學(xué)（特別是精準醫(yī)療）帶來革命性的解決方案。當前化學(xué)驅(qū)動膠體馬達的運動速率主要依賴于人為改變?nèi)剂蠞舛日{(diào)控，而其運動方向是通過外部磁場的操控來實現(xiàn)，仍然不能夠像生物體如游動細菌那樣自主感知周圍環(huán)境變化并自主調(diào)控運動方向和運動速率。
針對這一難題，該研究團隊首次在金-鉑雙金屬陰陽馬達的金側(cè)原位生長了熱敏聚異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）高分子刷。當溫度為25℃，金表面的高分子刷鏈是伸展和親水狀態(tài)，允許物質(zhì)在高分子刷內(nèi)的自由擴散和表面反應(yīng)的進行，膠體馬達以8.5μm/s的速率沿Au-Pt方向運動，驅(qū)動機理為自電泳；當溫度上升至35℃，高分子刷鏈是塌陷和疏水狀態(tài)，馬達以2.3μm/s的速率沿Pt-Au方向運動，驅(qū)動機理為自擴散泳。這種周圍環(huán)境溫度變化引起高分子鏈構(gòu)象的可逆轉(zhuǎn)變導(dǎo)致馬達自推進方向和速率相應(yīng)改變的策率，有望使合成膠體馬達感知周圍環(huán)境變化（如溫度）而進行趨向或遠離目標源的自主運動，展現(xiàn)類似游動細菌趨向性的智能行為，對未來新型微納米機器的開發(fā)與應(yīng)用具有重要的意義。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201812860
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