马星/王威教授团队在化学驱动微纳米机器领域取得新进展

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日前，在国家自然科学基金、深圳市科技计划等项目支持下，哈工大（深圳）材料科学与工程学院马星/王威教授团队合作，在化学驱动微纳米机器方面研究取得新进展，连续在《美国化学会会志》（Journal of the American Chemical Society）发表两篇论文。
       在第一项研究中，该团队以Janus结构SiO2@Pt微球为研究对象，这种不对称的微球能够在H2O2中实现良好驱动。而当把这种微球高温烧结后，虽然催化活性不受影响，但其运动速度却大幅降低了80%。该团队进一步研究发现，微球的运动速度和表面的Pt层的形貌密切相关：Pt膜越连续，微球运动越快；而Pt膜越融化为分散的纳米颗粒，微球运动越慢。由此揭示了之前不为人所知的表面镀层形貌对于微纳米机器性能的重要影响。该研究成果以 “Active, Yet Little Mobility: Asymmetric Decomposition of H2O2 Is Not Sufficient in Propelling Catalytic Micromotors”为题发表[1]。材料科学与工程学院2018级硕士生吕相龙为该论文第一作者。

图1. Janus结构SiO2@Pt微球制备流程及其烧结前后运动表征

        随后，该研究团队基于介孔二氧化硅微纳米机器的前期研究基础，利用超分子组装策略，首次构建了一种驱动引擎可更换的纳米机器。该纳米机器以偶氮苯修饰的空心二氧化硅作为马达载体，以环糊精修饰的纳米引擎作为驱动引擎，二者通过超分子自组装形成自驱动的纳米机器。基于偶氮苯和环糊精分子之间的主客体（host-guest）相互作用，研究人员能够根据外部环境的变化，快速方便制备出酶驱、磁驱、催化驱动等不同驱动机制的纳米机器。此外，利用偶氮苯分子在光照下能够发生顺反异构转变的特性，还能够像宏观机器零件一样，在分子尺度将纳米机器的驱动引擎灵活的拆卸与更换，并且不影响纳米机器的高效驱动，从而为制备不同驱动机制的微纳米机器提供了新的策略，并为构建能够执行多种任务的多重功能化微纳米机器提供了全新的思路。该研究成果以“Construction of Nano-Motors with Replaceable Engines by Supramolecular Machine-based Host-Guest Assembly and Disassembly”为题目发表。材料科学与工程学院2019级博士生叶子涵为该论文第一作者。

图2.不同驱动机制纳米机器的制备及其引擎更换流程示意图

        近五年来，材料学院马星/王威教授团队深耕微纳米机器领域，围绕微纳米马达的设计制备、驱动机制与控制以及功能化应用，开展了一系列前沿研究，并取得了若干突破性进展，为后续设计更高效和多重功能化的智能微纳米机器，以及它们在复杂环境中的生物医学应用奠定了理论基础，并为该领域提供了新的研究思路。


       论文链接：
       [1] https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.1c04501
       [2] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c04836


       文章来源：哈工大（深圳）
       马星博士2009年本科毕业于哈尔滨工业大学焊接技术与工程系，2013年在新加坡南洋理工大学获得材料科学与工程博士学位，研究方向为多功能纳米材料的生物应用。随后，在德国马克斯-普朗克智能系统研究所从事自驱动微纳米颗粒主动药物传输载体的研究工作，并获得德国洪堡博士后基金资助。2016年7月，获得德国马普智能所2016年度杰出青年科学家奖（Günter Petzow Prize），年度仅一名。马星博士迄今共发表SCI论文70余篇，包括Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, ACS Nano，Nano Letters 等高水平国际期刊，文章被引用3800余次，H因子33。   
       王威于2008年毕业于哈尔滨工业大学应用化学专业，获理学学士，毕业论文导师为郝素娥教授。2008-2013年期间于美国宾州州立大学攻读化学博士学位，导师为Thomas Mallouk教授。2014年至今就职于哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程学院，现任教授，博士生导师。2016.2-2017.2期间王威为韩国基础科学研究院软物质与活性物质中心访问学者，与美国科学院院士Steve Granick教授开展了多项合作。2014年入选深圳市地方级领军人才。2015年获韩国基础科学研究院青年研究员奖。2017年起担任中国微纳米技术学会微纳执行器与微系统分会理事。2018年入选哈工大青年拔尖教授。