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    马星/王威教授团队在化学驱动微纳米机器领域取得新进展,两项成果相继发表于化学领域国际顶级期刊JACS
    2021-09-17
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    (材料科学与工程学院/文、图)日前,在国家自然科学基金、深圳市科技计划等项目支持下,哈工大(深圳)材料科学与工程学院马星/王威教授团队合作,在化学驱动微纳米机器方面研究取得新进展,连续在《美国化学会会志》(Journal of the American Chemical Society)发表两篇论文。

    在第一项研究中,该团队以Janus结构SiO2@Pt微球为研究对象,这种不对称的微球能够在H2O2中实现良好驱动。而当把这种微球高温烧结后,虽然催化活性不受影响,但其运动速度却大幅降低了80%。该团队进一步研究发现,微球的运动速度和表面的Pt层的形貌密切相关:Pt膜越连续,微球运动越快;而Pt膜越融化为分散的纳米颗粒,微球运动越慢。由此揭示了之前不为人所知的表面镀层形貌对于微纳米机器性能的重要影响。该研究成果以 “Active, Yet Little Mobility: Asymmetric Decomposition of H2O2 Is Not Sufficient in Propelling Catalytic Micromotors”为题发表[1]。材料科学与工程学院2018级硕士生吕相龙为该论文第一作者。

    1. Janus结构SiO2@Pt微球制备流程及其烧结前后运动表征


    随后,该研究团队基于介孔二氧化硅微纳米机器的前期研究基础,利用超分子组装策略,首次构建了一种驱动引擎可更换的纳米机器。该纳米机器以偶氮苯修饰的空心二氧化硅作为马达载体,以环糊精修饰的纳米引擎作为驱动引擎,二者通过超分子自组装形成自驱动的纳米机器。基于偶氮苯和环糊精分子之间的主客体(host-guest)相互作用,研究人员能够根据外部环境的变化,快速方便制备出酶驱、磁驱、催化驱动等不同驱动机制的纳米机器。此外,利用偶氮苯分子在光照下能够发生顺反异构转变的特性,还能够像宏观机器零件一样,在分子尺度将纳米机器的驱动引擎灵活的拆卸与更换,并且不影响纳米机器的高效驱动,从而为制备不同驱动机制的微纳米机器提供了新的策略,并为构建能够执行多种任务的多重功能化微纳米机器提供了全新的思路。该研究成果以“Construction of Nano-Motors with Replaceable Engines by Supramolecular Machine-based Host-Guest Assembly and Disassembly”为题目发表。材料科学与工程学院2019级博士生叶子涵为该论文第一作者。

    2.不同驱动机制纳米机器的制备及其引擎更换流程示意图


    近五年来,材料学院马星/王威教授团队深耕微纳米机器领域,围绕微纳米马达的设计制备、驱动机制与控制以及功能化应用,开展了一系列前沿研究,并取得了若干突破性进展,为后续设计更高效和多重功能化的智能微纳米机器,以及它们在复杂环境中的生物医学应用奠定了理论基础,并为该领域提供了新的研究思路。


    论文链接:

    [1] https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.1c04501

    [2] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c04836