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  微米馬達(dá)在環(huán)境修復(fù)、靶向給藥和無(wú)創(chuàng)手術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，在人工微米馬達(dá)制備時(shí)，在如何改進(jìn)結(jié)構(gòu)和材料成分以提高其運(yùn)動(dòng)性能和多功能性方面還存在不足。

  鑒于此，香港大學(xué)機(jī)械工程系王立秋教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于液滴微流控的微纖維約束方法，來(lái)精確設(shè)計(jì)和制備三維各向異性的微顆粒人工馬達(dá)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)微米馬達(dá)的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸和組分進(jìn)行獨(dú)立地系統(tǒng)地調(diào)控，從而為研究各項(xiàng)參數(shù)對(duì)微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的影響提供了一項(xiàng)平臺(tái)型的制備技術(shù)，使微馬達(dá)的優(yōu)化成為可能。制備的主要思路是利用微流控技術(shù)將液滴封裝在微纖維中，通過(guò)控制液滴在纖維內(nèi)部的有序組裝及微纖維干燥過(guò)程中的體積收縮程度，精確控制微液滴的變形，固化液滴后產(chǎn)生各向異性的微顆粒馬達(dá)。實(shí)驗(yàn)中演示了基于光和熱固化材料的微馬達(dá)的制備。微馬達(dá)結(jié)構(gòu)的各向異性源自于微液滴模板的可控變形，而材料的各向異性來(lái)源于功能化的乳液模板。通過(guò)控制油滴產(chǎn)生的頻率，油滴/纖維相體積分?jǐn)?shù)，以及不同的微纖維干燥方法，可以控制微馬達(dá)的形狀（紡錘形、鼓形、齒形、多層結(jié)構(gòu)、半紡錘體、半鼓形）。通過(guò)選擇不同的乳液模板及不同的材料，可以使制備的微馬達(dá)在大小、結(jié)構(gòu)（Janus結(jié)構(gòu)、核-殼結(jié)構(gòu)、空心結(jié)構(gòu)、 新月形紡錘體結(jié)構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)等）和化學(xué)成分（表面或內(nèi)部結(jié)構(gòu)）上呈現(xiàn)出多樣性。

  通過(guò)摻雜鉑和磁性納米粒子，可使制備的微馬達(dá)具有催化推進(jìn)和磁性向?qū)щp重功能，其中鉑催化雙氧水的分解用于推動(dòng)馬達(dá)，而磁性顆粒允許在外部磁場(chǎng)下控制馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)，最終使得微馬達(dá)能夠執(zhí)行精準(zhǔn)捕獲、熟練運(yùn)送和隨需釋放貨物的任務(wù)。除了通過(guò)外加磁場(chǎng)，微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的控制還可通過(guò)改變外部環(huán)境的幾何約束來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，微馬達(dá)的推進(jìn)來(lái)源于氧氣氣泡的非對(duì)稱(chēng)脫離和自電泳的雙重結(jié)合，微馬達(dá)的大小及鉑納米顆粒的摻雜量都可用以控制馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度。

  相關(guān)成果以“Engineering Micromotors with Droplet Microfluidics”為題，近期在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際期刊《ACS Nano》(DOI:10.1021/acsnano.9b00731)上。博士生周春梅和博士后朱平安是該論文的共同第一作者，王立秋教授是該論文的通訊作者。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b00731