化学驱动纳米马达

利用化学驱动力的纳米马达的驱动形式包括自电泳驱动、扩散电泳驱动、气泡驱动等。Sen&Mallouk团队最早提出由双段金-铂（Au-Pt）纳米线马达，其催化作用使得过氧化氢分解产生氢气和氧气的自电泳驱动。双段金-铂（Au-Pt）纳米线马达研究表明，现可在时间和空间方面对其进行精准操纵，搭载物质可在有效刺激后传送至指定目的地。但是自电泳驱动的纳米线马达在高离子浓度的环境中操纵受到明显阻碍，无法进行精准驱动，从而限制了其在相关领域的发展应用。

其次，利用扩散电泳机制，建立两侧物理化学性质不同表面的化学驱动阴阳型纳米球马达。通常，化学驱动阴阳型纳米球马达的两侧分别为催化面及非催化面，其运动机制与纳米线马达相似，催化剂-铂金属催化分解过氧化氢溶液生成氢气和水等小分子来驱动。研究数据表明，催化分解生成的不同氧气浓度梯度是使阴阳型纳米球马达惰性面的渗透推进力，自电泳机制是阴阳型纳米球马达的主要推动力之一。传统自上而下的制备方法所得的纳米线马达和阴阳型纳米球马达的形貌单一，机理简单和结构粗糙。为解决传统制备方式的弊端，制备更为精巧的、多驱动方式的纳米马达，研究者引入了新的纳米马达的制备方法。

Decher等人于20世纪90年代首次提出了层层自组装的纳米马达新制备技术，带有正负电的聚电解质分子分别逐层吸附在基底上，静电作用可使得聚电解质形成聚电解质多层膜。层层自组装技术制备的纳米马达具有形状尺寸规整，组分可控的结构，因此能更加运用于设计制备结构复杂精巧的纳米马达及纳米材料装置。研究者们利用模板胶体粒子去核制备中空胶囊、多孔模板的孔道制备碳纳米管，再利用静电作用、氢键和配位键等非共价键等作用，将高聚物、纳米粒子、蛋白质、脂质体、无机或有机功能分子等与层层自组装技术相结合，将其耦合进制备的纳米中空胶囊和纳米管中。层层自组装技术制备的纳米材料较传统方法相比较其各个方面都有显著的提升，对物理、化学、生物等的刺激有更好的反应。例如，该技术所生产的纳米马达其对药物的运载能力和病灶的治理更强，在纳米医学方面有巨大的发展前景。

纳米壳催化电动机运动机理

除了传统的物理气相沉积法和湿法化学蚀刻技术，WeijieHuang等人已制造了在外壳内部涂覆有催化剂的纳米壳催化电动机。产生气泡的成核能量小，气泡的喷射或破裂机制是推动运动的关键机制。其运动速度相比较同尺寸的Janus的催化纳米马达要快得多达到约100μms-1。纳米壳催化电动机的运动速度与气泡的大小和产生频率密切相关。实验数据有效说明，化学作用产生的气泡并不会堵塞壳体的开口，实现了快速的能量传送并维持纳米壳催化电动机的持续运动。

光驱动纳米马达

利用光驱动的纳米马达的机理主要为单波束梯度力陷阱（光镊）、光热或光催化驱动等。光能是人类认知中最可靠的再生资源，具备光能驱动的纳米马达对光源有敏锐的感应力，研究员可以通过精准调节光的强度和其空间分布，来有效操控光催化纳米马达运动。

光热驱动其本质为胶体的光致热泳，即纳米马达利用光照射产生温度梯度从而实现驱动的方式。光驱动与磁场驱动的纳米马达均为无燃料的驱动新兴方式。金纳米粒子由于其表面等离子体被光激发出现光热效应，引起了科学家们的高度关注。但其与稳定配体的化学键较弱，温度上升导致其颗粒融化，研究员寻找其他更适用的代替品。Johnson（TheEfficacyofFe3O4NanoparticlesasaRobustandEffectiveAlternativetoGoldNanoparticlesasPhotothermalAgentstoDriveHigh-BarrierReactions）等人提出光驱纳米四氧化三铁纳米马达，纳米四氧化三铁颗粒与金纳米粒子一样可有效的驱动聚碳酸亚丙酯的高势垒分解反应，并驱动纳米马达移动。在极端高温的情况下，纳米四氧化三铁均能表现出优良的稳定性。通过模拟纳米四氧化三铁颗粒的加热及冷却确定光热效应中颗粒的热容量是主要控制光驱动速度的主要原因。光镊技术是一项光与微观离子之间的能量转移传递的力学的效应。光镊技术是驱动光驱动纳米马达的另一种可靠技术。

本文作者：唐鑫

指导教师：瞿广飞教授