磁响性动态拓扑轨道调控微纳米马达的运动方向

微纳米马达具有独特的运动性能，能够在液态介质中执行多种复杂任务，为传感、微纳米工程、生物医药及环境科学等领域带来一场技术革命。微纳米马达的运动可控性则是其实现各种应用的前提条件，但目前发展的运动控制方法大多存在着一些明显的缺陷，如外部磁场控制法使用广泛，但需要通过复杂的额外加工，将磁性材料嵌入到微纳米马达使其具有磁响应性。在基板上雕刻固定拓扑轨道也能规范微纳米马达的运动方向，但缺乏灵活性，难以实现实时控制，且不适用于微纳米马达在远离基板时的运动控制。同时，这些方法使用了磁控溅射、气相沉积及光刻等加工方法，使得马达的制备、使用成本大大增加，阻碍了微纳米马达的实际应用。

图1. 磁响性动态拓扑轨道控制微纳米马达运动的示意图及显微成像

武汉理工大学的官建国教授（点击查看介绍）课题组提出了一种在磁流体中通过磁响应性动态拓扑轨道实时控制微纳米马达和运动微生物运动简单、通用的方法。该方法无需额外改造马达，仅需要向马达运动的液态介质中添加超顺磁性纳米粒子并分散均匀，即形成磁流体。由于磁性粒子能够在外部磁场的作用下组装形成一维纳米粒子链，这些粒子链可以作为动态拓扑轨道，为介质中运动的微纳米马达提供各向异性的阻力，从而实时控制其运动方向。特别是通过调节外部磁场方向、强度及纳米粒子浓度等能够调节拓扑轨道的方向和长度，进而控制微纳米马达以椭圆轨迹、直线轨迹、半正弦轨迹及正弦轨迹等多种复杂形式运动。这种运动控制方法对绿藻等运动微生物同样有效。该方法克服了传统磁场控制需要对马达进行复杂加工，固定拓扑轨道不能实现实时灵活控制等诸多缺点，为微纳米马达乃至微生物的运动控制提供了新思路。这种由磁性纳米粒子和微纳米马达或微生物组成的综合系统有望在生物医学、环境修复等领域实现协同作用、执行复杂任务。该工作发表在材料学和纳米科学权威期刊ACS Nano上，硕士生杨帆为论文第一作者，牟方志副研究员和官建国教授为论文的共同通讯作者。

该论文作者为：Fan Yang, Fangzhi Mou, Yuzhou Jiang, Ming Luo, Leilei Xu, Huiru Ma and Jianguo Guan

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Flexible Guidance of Microengines by Dynamic Topographical Pathways in Ferrofluids

ACS Nano, 2018, 12, 6668, DOI: 10.1021/acsnano.8b01682

导师介绍

官建国

http://www.x-mol.com/university/faculty/49849

牟方志

http://www.x-mol.com/university/faculty/49850