近红外光驱动聚合物多层纳米火箭

在许多科幻电影的场景中,经常会描述各种各样的纳米机器人可以进入人体并且自由行走,用于清除有害物质、修复损坏基因、激活细胞能量、维护人体健康和延长人类寿命。近十年来,科学家们试图将这些科幻电影中的场景转变为现实,为此开展了一系列人造纳米机器人的设计和研究。人们已经发现在自然界中存在各种可以将化学能转化为动能并实现自驱动运动的生物分子马达。受此启发,研究人员提出一系列通过化学能燃料实现自驱动运动的人造纳米机器人。然而所使用的化学燃料对生命体有巨大的毒副作用,这样限制了人造纳米机器在多种领域尤其是生物医学领域的应用。

Smallheqiang

针对这一问题,哈尔滨工业大学微纳米技术研究中心贺强教授及其团队构筑了一种新型的无化学燃料、近红外光驱动的聚合物多层管状纳米马达(即“纳米火箭”)。这种新型纳米火箭首先通过纳米孔模板结合层层组装技术构筑聚合物多层纳米管作为骨架,其次通过种子生长法在管内合成金纳米壳而获得的。这种聚合物多层纳米火箭在近红外光照射下可进行沿火箭轴向的直线运动,速度可达160μm/s。理论模拟揭示纳米火箭在近红外光照射下内部金纳米壳吸收光能并转化为热能,由于纳米火箭的不对称结构使火箭周围形成了不对称的热梯度进而推动纳米火箭进行自驱动。通过近红外光源的开关控制可实现纳米火箭的启停可控运动,同时纳米火箭的速度也相应地依赖于近红外光源的照射功率大小。最后,这种纳米火箭还可以在生物介质中有效运动,并且近红外光驱动的过程中不会对活细胞造成任何有害的影响。相关结果在线发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201502605)上,第一作者为吴志光博士。