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  微納馬達是一類能夠將外部能量（如光能、化學能、聲能等）轉化為自主運動的功能微納系統(tǒng)，在環(huán)境治理、生物醫(yī)學和微納操作等領域展現(xiàn)出廣闊前景。在各類驅動方式中，光驅動因其遠程可控和清潔能源等特性而備受關注。然而，目前廣泛使用的光驅動微納馬達大多基于無機半導體材料（如TiO?、ZnO等），其寬帶隙特性導致主要吸收紫外光，而可見光利用效率低。

  近年來，聚合物半導體材料因其能帶可調、合成靈活、成本低廉等優(yōu)勢，成為新一代光驅動微納馬達的理想候選材料。尤其是酚醛樹脂類材料，傳統(tǒng)上被用作絕緣體，近年來被發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異的光催化活性，為微納馬達系統(tǒng)的設計開發(fā)提供了全新可能。

  有鑒于此，哈爾濱工程大學劉天億副教授、施悅教授與復旦大學孔彪教授團隊合作，在國際權威期刊《Angewandte Chemie International Edition》上發(fā)表最新研究成果，首次將聚合物半導體酚醛樹脂應用于微納馬達領域，成功開發(fā)出具有多通道響應能力的光驅動納米馬達。該馬達不僅可在不同波長光照、光強和過氧化氫濃度條件下實現(xiàn)速度和方向的精準調控，還可實現(xiàn)三維空間中的復雜運動行為。團隊進一步將其應用于有害藻類米氏凱倫藻的高效滅活，展現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)TiO?納米顆粒的光動力抗菌性能。該研究系統(tǒng)揭示了材料分子結構、光催化特性與運動行為之間的內在關聯(lián)，為智能微納馬達的設計提供了新思路與材料平臺。

圖1. 四類聚合物半導體酚醛樹脂合成策略及理化性質表征

  圖1展示了分別以間苯二酚、間氨基苯酚作為前驅體，在室溫或水熱條件下合成的四類酚醛樹脂納米顆粒的結構與成分特征。掃描電鏡（SEM）圖像顯示出其具有球型結構，直徑約為300-350 nm左右。其中，以間氨基苯酚作為前驅體，通過水熱法制備的酚醛樹脂納米顆粒具有苯并惡嗪-醌式交替結構，該結構表現(xiàn)出高度共軛和π-堆疊特性，帶隙顯著降低至1.90 eV，可實現(xiàn)從紫外至可見光區(qū)（延伸至700 nm）的寬譜吸收。通過在其表面部分修飾金層，構建了具有Janus不對稱結構的納米馬達。

圖2. 微納馬達多通道響應三維運動控制及驅動機理探究

  在光照和H?O?存在條件下，該馬達表現(xiàn)出優(yōu)異的自推進性能，最高運動速度可達29.78 μm/s，遠超多數已報道的光驅動納米馬達。研究團隊通過改變入射光波長（紫外、藍光、綠光）和強度，實現(xiàn)了對馬達運動速度的多通道調節(jié)；通過調控表面電荷性質，實現(xiàn)了對運動方向的調節(jié)。結合有限元模擬，揭示了其運動機制為光催化分解H?O?引發(fā)的自電泳驅動。

圖3. 微納馬達的多波長驅動及米氏凱倫藻滅活實驗

  更引人注目的是，該馬達可在強光照射下實現(xiàn)向上浮起的垂直運動，擺脫重力沉降限制，顯著提高了其在液相環(huán)境中的操作性和利用率。研究進一步評估了其在有害藻類滅活中的應用性能。在可見光照射下，該納米馬達對米氏凱倫藻的滅活效率顯著高于傳統(tǒng)TiO?，這歸因于其優(yōu)越的可見光吸收、高效電荷分離以及運動增強的質量傳遞效應。機理研究表明，光催化過程中產生的活性氧物種（ROS）以及馬達運動引起的機械破壞共同導致了微生物細胞的失效。

  該項研究不僅拓展了聚合物半導體在微納馬達領域的應用，也展示了其在環(huán)境修復、生物醫(yī)療等多方面的潛在價值，為下一代智能微納驅動系統(tǒng)的設計提供了重要借鑒。

  論文信息：

  Molecular-Level Design of Polymeric Semiconductor Nanomotors with Multichannel Sensitive 3D Motion for Microorganism Inactivation

  Tianyi Liu*, Huannuo Tao, Qingdong Chai, Hang Shi, Ziqi Zheng, Zhenning Sun, Guoxing Zhang, Xiangjun Wang, Jixin Zhou, Abuduheiremu Awati, Qirui Liang, Yanjun He, Dazhang Zhu, Mingxian Liu, Yue Shi*, Kang Liang, Jian Liu, Biao Kong*

  Angewandte Chemie International Edition

  DOI: 10.1002/anie.202508705

  https://doi.org/10.1002/anie.202508705