新策略實現(xiàn)硅基微機器人的合理化組裝構(gòu)建
近日，暨南大學化學與材料學院副教授王吉壯、教授李丹團隊與合作者，在前期光驅(qū)動硅納米線馬達研究的基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)了基于金屬-絕緣體-半導體（MIS）結(jié)構(gòu)的光磁復合硅基微馬達，通過能帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化將磁性金屬Ni引入MIS結(jié)構(gòu)的一體化構(gòu)造，在保證優(yōu)異光電化學性能的基礎(chǔ)上，增強了方向的操控性。此外，磁性元素的引入也為合理化磁組裝提供了條件。相關(guān)成果發(fā)表于《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）。
“該工作所提出的馬達作為基礎(chǔ)組件合理化組裝以及模板輔助的組裝方法對功能微機器人構(gòu)建及應用發(fā)展具有一定的借鑒意義。”論文通訊作者王吉壯表示，以光驅(qū)動硅基馬達作為基礎(chǔ)組件，其團隊創(chuàng)新性的開發(fā)了微洞陣列模板輔助的磁組裝策略實現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)的硅基微機器人的合理化組裝構(gòu)建，并展示出增強的細胞操控性能。
微納機器人作為一種微觀尺度上具有特定功能的新型微納米器件，其研究及應用取得了顯著進展。然而，隨著應用研究的深入，對其操控性和功能性提出了更高的要求，這也激發(fā)了領(lǐng)域研究者不斷嘗試新的方法，以滿足應用需求構(gòu)建功能微納機器人。其中，通過整合不同的功能組件并開發(fā)合理的組裝策略被證明是一種有效的方法來構(gòu)建微納機器人。
該研究提出了MIS結(jié)構(gòu)的硅納米線光磁復合微馬達，通過MIS結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，合理化選擇磁性金屬Ni作為金屬端，同時也可作為磁控組分，為硅納米線光磁復合微馬達的精確磁操控和組裝提供了可能。在可見光的照射下，硅納米線光磁復合微馬達利用光激發(fā)的光電化學反應誘導的自電泳進行有效推進和實時的啟停控制。
研究人員利用所開發(fā)的MIS結(jié)復合馬達的磁性特征，創(chuàng)新性的提出了一種微洞陣列模板輔助組裝的方法。他們首先將一個馬達引導進入洞中固定，然后操控另一個馬達與其組裝，重復該過程即可實現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)微機器人的構(gòu)建。除了組裝，通過微洞還可實現(xiàn)解組裝的操作。孔輔助組裝為微納機器人的構(gòu)建提供了一種簡單可行的策略。
與單個微納馬達相比，組裝的微機器人表現(xiàn)出增強的操控能力。“V”字型微機器人具有運輸多個細胞的能力。此外，還可通過磁控的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)細胞的挖掘操作。空間的三叉結(jié)構(gòu)馬達表現(xiàn)出更穩(wěn)定的細胞抓取能力，利用三叉微機器人可以實現(xiàn)細胞的精確操控，構(gòu)建獨特的JNU形狀。
論文通訊作者王吉壯表示，在可見光激發(fā)下，通過光電化學反應觸發(fā)的自電泳實現(xiàn)自驅(qū)動。利用該微馬達的磁性特征，通過簡單的洞陣列模板輔助實現(xiàn)了微馬達組裝以構(gòu)建多種結(jié)構(gòu)的微機器人。這些組裝的微機器人展示了增強的細胞操控能力，包括多細胞運輸、深洞挖掘和精準定位。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202405895
基于MIS結(jié)硅納米線光磁復合馬達的構(gòu)建、模板輔助合理化組裝微機器人及細胞操控示意圖。研究團隊供圖
基于微洞陣列模板輔助組裝的方法實現(xiàn)微機器人的合理化組裝與拆解。研究團隊供圖
微型機器人對細胞的操控。研究團隊供圖
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