Nature子刊：纳米马达实现趋光转向！

纳米马达由于微/纳米尺寸和使用简便性，是纳米机器人供能系统的绝佳候选者，在药物靶向输送，无损手术等生物领域前景远大。为了将纳米机器应用到生物领域，研究人员开发了一系列无机的纳米结构材料。其中，两面结构的纳米线是其中的佼佼者。这种纳米线马达可受周围环境诸多能量的驱动，譬如化学燃料，光照、声场，磁场、电场等等。

问题在于：这些纳米线仅仅能够实现有效的运动，并不能控制方向，还需要添加外部驱动。

前人采用的主要策略是将以Ni为主的铁磁性材料引入其结构，通过外部磁场为靶向递药和无损手术等实际应用掌舵。这一策略虽然有用，但是在操作简便性和毒理性控制等方面仍然有很多工作要做！

趋光性是微生物感知光的方向并靠近或者远离光源的行为，在能动的光合作用微生物系统中很常见。譬如，绿藻能够朝光源定向运动，从而获得更多的能量用于光合作用，这种行为称之为正趋光性或向光性。同时，绿藻也能远离光源运动，避免辐照损伤和躲避肉食动物，这种行为称之为负趋光性或背光性。TiO₂、AgCl等趋光性微纳米材料也表现出在光照下自由运动的行为。

       有鉴于此，香港大学唐晋尧课题组发明了一种人造趋光性微型马达，能够感知外部光源的光照方向实现正负趋光性，并自适应转向运动。 

图1. 纳米马达结构：Si纳米线上生长的TiO₂纳米线

研究人员称之为微型“游泳健将”，这种微型“游泳健将”是由两面型TiO₂/Si纳米树结构组成，包括分布在相反端的纳米结构的光电阴极和光电阳极。光照条件下，光驱动光电化学反应，在纳米树的相反端分别产生阴离子和阳离子，形成对称分布，通过自电泳提供推动力。同时，TiO₂纳米线较大的头部产生的遮光效应为纳米树提供了实时转向，朝着光照方向运动的能力。

纳米树整体Zeta电位决定这种纳米马达的方向，而TiO₂纳米线头部是决定向光和背光的关键。通过简单的化学修饰，研究人员能够调整Zeta电位，编程控制微型游泳者的向光性和背光性：当整个纳米树和TiO₂头部都是正电荷或者负电荷，微型马达呈现向光性；当整个纳米树和TiO₂头部电荷相反，微型马达呈现背光性。

最后，研究人员还实现了大批量的微型马达在溶液中模仿绿藻的集体趋光行为。不过，具有一定毒性的H₂O₂的取代还需要进一步研究。

总之，这项研究成果为微/纳米马达在生物领域的应用带来了新的借鉴！

图2. 大规模人造微型马达趋光运动

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Baohu Dai, Jinyao Tang et al. Programmable artificial phototactic microswimmer. Nature Nanotechnology 2016.