上海應(yīng)物所在納米馬達(dá)研究方面取得進(jìn)展

近期，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所物理生物學(xué)研究室樊春海、李迪團(tuán)隊(duì)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的等離子體納米馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式。相關(guān)工作Catalysis-driven Self-Thermophoresis of Janus Plasmonic Nanomotors 在線發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew.Chem. Int. Ed. DOI:10.1002/anie.201609121)。

自驅(qū)動(dòng)生物馬達(dá)廣泛存在于生物體中，利用自驅(qū)動(dòng)克服布朗運(yùn)動(dòng)的阻力，進(jìn)而高效地行使特定的生物學(xué)功能。受生物馬達(dá)的啟發(fā)，自驅(qū)動(dòng)人工納米馬達(dá)的設(shè)計(jì)一直備受研究者關(guān)注。自驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)能夠?qū)μ囟ǖ拇碳ば盘柈a(chǎn)生響應(yīng)，并以可控的速率和方向運(yùn)動(dòng)，有可能用于生物流體中的藥物輸運(yùn)與靶向。

在研究員李迪指導(dǎo)下，博士研究生秦為為和彭天歡在該工作中構(gòu)建了一種新型“兩面神”(Janus)等離子體納米馬達(dá)，該納米馬達(dá)具有優(yōu)異的催化及局域等離子體光學(xué)性質(zhì)。上海交通大學(xué)教授任吉存課題組搭建的共振光散射相關(guān)光譜（RLSCS）為研究催化反應(yīng)條件下納米馬達(dá)的擴(kuò)散行為提供了有力手段。研究表明，納米馬達(dá)催化Fe(CN)63-和S2O32-之間的氧化還原反應(yīng)放出的熱量，可以在納米粒子的催化面與水溶液界面上產(chǎn)生不對稱的溫度梯度，引起納米馬達(dá)的自熱泳，從而驅(qū)動(dòng)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)。

作者系統(tǒng)研究這種自熱泳納米馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向、驅(qū)動(dòng)力與化學(xué)反應(yīng)熱之間的關(guān)系。從描述布朗顆粒運(yùn)動(dòng)的郎之萬方程出發(fā)，建立納米馬達(dá)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)模型，推導(dǎo)出納米馬達(dá)擴(kuò)散系數(shù)與化學(xué)反應(yīng)速度之間的關(guān)系。

這種化學(xué)反應(yīng)熱驅(qū)動(dòng)的納米馬達(dá)，可以把底物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，而且能夠通過調(diào)節(jié)底物濃度以及催化劑的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)對馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速率的精確控制，因而在智能納米機(jī)器人等研制方面具有很好的應(yīng)用前景。

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