隨著2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了三位科學(xué)家來(lái)表彰他們?cè)凇胺肿蛹捌涞脑O(shè)計(jì)與合成方面”的貢獻(xiàn)，微型馬達(dá)的設(shè)計(jì)與制備再一次成為科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)。從自然界中生物機(jī)器例如細(xì)菌鞭毛受到啟發(fā)，人工制備仿生的螺旋微型馬達(dá)得到了廣泛關(guān)注。然而，當(dāng)前的微型馬達(dá)制造工藝往往比較復(fù)雜，而且難以量產(chǎn)。

近日，東南大學(xué)趙遠(yuǎn)錦教授課題組將流體光刻技術(shù)集成于微流控螺旋紡織體系，開(kāi)發(fā)了一種新型的連續(xù)制備仿生螺旋微馬達(dá)的方法。該方法借助于微流控共軸流體系統(tǒng)對(duì)于流體在其通道中的流動(dòng)行為進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過(guò)快速的離子交聯(lián)形成具有連續(xù)螺旋結(jié)構(gòu)的微米纖維模板；與此同時(shí)，通過(guò)光掩模板和紫外光照對(duì)纖維模板中的光敏感材料進(jìn)行區(qū)域性聚合；最后將模板中未聚合部分的水凝膠進(jìn)行降解，即可得到離散的螺旋微型馬達(dá)。

在微流控螺旋紡織過(guò)程中集成掩模板紫外聚合方法來(lái)制備具有離散聚合單元的螺旋纖維；b）通過(guò)酶降解纖維模板中未被光聚合的部位得到游離的螺旋微馬達(dá)

相比于傳統(tǒng)制備方法，這種方法可以實(shí)現(xiàn)多相流體的控制。通過(guò)改變行成螺旋纖維模板的流體組成，可以實(shí)現(xiàn)多組分、核殼結(jié)構(gòu)螺旋微馬達(dá)的制備，增加了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，從而賦予螺旋微馬達(dá)更加豐富的應(yīng)用。

多組分和核殼結(jié)構(gòu)螺旋微馬達(dá)

通過(guò)該方法制備得到的螺旋微型馬達(dá)由于其多樣的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)非燃料驅(qū)動(dòng)和燃料驅(qū)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)模式。在非燃料驅(qū)動(dòng)模式下，通過(guò)在其中引入磁響應(yīng)的納米粒子，并將其置于三維磁場(chǎng)中，可以通過(guò)磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)和進(jìn)動(dòng)的功能。而在燃料驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，使用具有核殼結(jié)構(gòu)的螺旋微馬達(dá)可以更好地借助于催化反應(yīng)產(chǎn)生氣體而獲得向前運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力。核層中具有催化作用的納米粒子可以對(duì)于外部的流體進(jìn)行更加集中的催化，從而產(chǎn)生更集中的推動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了螺旋微馬達(dá)在流體中的定向運(yùn)動(dòng)。這一研究拓展了微流控技術(shù)的核心價(jià)值，同時(shí)開(kāi)拓了仿生微馬達(dá)制備研究及功能提升的新途徑。