复旦大学李晓民团队综述：如何构筑纳米机器人？

科幻电影中，常常能见到无所不能的纳米机器人大发神威。这种微观尺度的机器人可以像宏观机器一样，完全可控地运动并行使各种功能。如果这种纳米级别的机器人真的能够制备出来，将在医疗、催化、能源等各个领域发挥巨大的作用。

近年来，作为一种极具前景的材料，“纳米马达”备受关注。“纳米马达”指具有自主推进能力，能够在液体中做主动运动的微纳尺度颗粒。近年来纳米马达的研究取得了长足的进步，各类纳米马达被合成并应用于多种领域。这种能自主运动的纳米粒子，是迈向纳米机器人的第一步。

时至今日，朝着“纳米机器人”这一终极目标迈进的过程中，研究者们开始不再满足于让纳米马达“动起来”，而是尝试对其运动进行精准的调控。尤其是近五年间，随着微纳合成技术、表征手段的进展，研究者们对纳米马达运动的机制、控制方法的研究愈发的深入。本综述就对近些年在这方面的进展做系统性回顾。综述对纳米马达的运动机制做了新的分类总结，对合成纳米马达的方法进行了系统性回顾，从“组成”、“表面”、“尺寸”、“形貌”四个关键点，对纳米马达的运动行为的精确调控做了系统性回顾。

首先，综述对纳米马达主动推进机制进行了分类归纳。有别于此前常见的基于光、磁、催化等分类方式，本综述将纳米马达的主动运动分为（1）与周围溶质的非对称作用力与（2）被局域流体推动两个大类，并根据具体情况进行细分（图1）。对纳米马达运动机制的阐明，便于对运动进行更精细调控。

图1. 纳米马达主动运动的机制分类

随后，基于推进机制对局域非对称性的需求，综述回顾了制备具有非对称结构的纳米马达的相关方法，包括内在非对称性、硬模板法、喷淋法、乳液法、各向异性生长法、生物模版法、3D打印等等。

图2. 几种代表性非对称纳米马达的合成方法

最后，该综述从 “组成”、“表面”、“尺寸”、“形貌”四个方面分别阐述了他们对纳米马达运动行为的影响，并围绕这四个方面对如何控制纳米马达运动速率、运动方向等进行了回顾。

图3. 影响纳米马达运动的四个关键因素

复旦大学先进材料实验室博士后赵天聪为本综述第一作者，复旦大学化学系李晓民教授为通讯作者。

参考文献：Tiancong Zhao and Xiaomin Li*, On the Approach to Nanoscale Robots: Understanding the Relationship between Nanomotor’s Architecture and Active Motion. Advanced Intelligent Systems, 2023, 2200429.

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202200429

本文由作者供稿