自从1835年在小型有轨电车中安装了第一台电动马达以来，动力机械极大地促进了现代工业的发展和繁荣。随着纳米技术的兴起和快速发展，研究人员致力于将功能化的马达缩小到细胞和分子水平，以便在微/纳米尺度中执行精细的任务。2016年，诺贝尔化学奖高度认可了分子马达的巨大潜力，从而推动了微型化技术的进步和创新。作为一项新兴的纳米技术，微/纳米马达正在蓬勃发展，并适用于从药物输送、传感、精密微创手术到环境修复的各种应用。具体而言，这些基于活性胶体的微型设备可以通过将化学或物理刺激转换为动能实现自主移动。
在国家自然科学基金和江苏省自然科学基金的支持下，南京工业大学刘文娟副教授（第一作者）与本研究所芦小龙副教授（通讯作者）合作，在微纳机器人的智能化驱动方面取得了一系列基础研究成果，近期以“从被动无机氧化物到活性微/纳米马达”为题的一篇综述文章发表于国际著名期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子16.836）。
典型的无机氧化物纳米马达及其驱动方式
无机氧化物具有多种结构和组成，潜力巨大，可以用作基体材料制备多功能的自推进式微/纳米马达，实现高效驱动。根据无机氧化物的固有特性，可以采用化学驱动或外界能场诱导有效运动。在这篇综述中，作者提供了近年来以无机氧化物为基体的微/纳米马达发展历程图，围绕化学能驱动与外场驱动两种方式总结了此类微/纳米马达在材料选择、驱动机理和应用方面的主要趋势。化学驱动的无机氧化物基微/纳米马达分为两类。一种是遵循气泡反冲机理的MnO2基微米马达，另一种是通过酶锚定和酶催化反应获得运动推进力的mSiO2基微米马达。外场驱动采用多种物理能，包括光、磁、声和电刺激，以激发和调控无机氧化物基微/纳米马达的运动。其中，具有高光催化性能的TiO2、ZnO、Cu2O和Bi2O3能够在紫外线或可见光激发下产生电子-空穴对，从而产生不平衡的电场或渗透流，实现了个体方向性运动或集群运动。而由光或磁场推动的微/纳米氧化铁最近也引起了人们的广泛关注。此外，介电SiO2和TiO2可在交流电场中通过ICEP和EHD相互作用驱动和调制。通过调整外场参数，可以按需实现可逆、无线和远程控制此类微/纳米马达的运动状态、速度、聚集和分离行为。另外，在双驱动或多重驱动方式作用下，实现了马达加速、减速、返回和停止等多种运动模式。在特定驱动方式作用下，无机氧化物基微/纳米马达还可表现出独特的集群行为，并在化学吸附、图形构建、电路修复和载体运输等应用中的表现出巨大潜力。最后，作者阐述了无机氧化物基微/纳米马达在环境修复及生物医药领域的应用，并讨论了这类马达的潜在挑战及未来机遇。
论文全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202003195
