哈爾濱工業大學微系統與微結構制造教育部重點實驗室的賀強教授團隊研制成功世界首例雙引擎人造微納米機器，有望在生物醫學、環境檢測及微納米組裝和制造等領域得到應用。

研究成果以“雙氣泡驅動的皮艇”為題發表在國際著名期刊《美國化學會志》上，并被選為當期雜志的封面。論文第一作者為化工與化學學院的吳英杰副教授。

化學驅動微納米機器是能夠將周圍環境中的化學能轉換為自身機械運動的微納米系統，是當前涉及材料、機器人、物理、化學、生物醫學等領域的交叉科學研究熱點。賀強教授研究組前期在國際上較早地運用可控化學組裝的方法制備了單氣泡推進的陰陽型膠囊馬達和管狀納米馬達（即“納米火箭”）。然而，如何模擬自然界中普遍存在的雙引擎動力模式(如企鵝在水中游動等)，人工合成雙引擎驅動的微納米機器以應對未來應用中的復雜環境仍然是一個巨大挑戰。

該研究團隊通過化學水熱合成法制備了類似啞鈴狀的中空二氧化錳膠體粒子,可以催化分解過氧化氫燃料并在粒子腰部產生一對氧氣泡，從而在低雷諾數下進行自驅動運動。因為這一運動方式類似于單槳雙葉的單人皮艇，因此被形象地稱為“膠體皮艇”。

由于其啞鈴狀的特殊結構，雙氣泡生長和釋放產生的反作用力對“膠體皮艇”的切向軸(長軸)和徑向軸（短軸）均有凈力的產生，前者為其運動提供驅動力，而后者影響其運動方向。此外，通過對雙氣泡的同步或非同步生長和頻率變化的統計分析以及氣泡生長和釋放過程中周圍流體場變化的模擬，該項研究建立了基于氣泡生長動力學和微粒子運動方程的物理模型，闡明了其運動機理。

研究表明雙氣泡驅動比單氣泡驅動模式具有更高的機動性。這一成果對探索雙引擎微納米機器的設計方法以及開展適應復雜環境的應用研究具有重要意義。

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b06646

來源：高分子科學前沿