近日，复旦大学孔彪研究员，内蒙古大学刘健教授与哈尔滨工程大学刘天亿教授合作发表AMR述评文章“Hollow Structures in Micro/nanomotors: Design Principles, Propulsion Mechanisms, and Functional Applications”，概述了中空微纳马达的最新研究发展，重点介绍了合成方法、推进机制和新兴应用，探讨了这一领域面临的挑战和机遇。
关键词：微纳马达、空腔结构、Janus结构、构效关系、功能应用
原文提要：“空腔不仅是结构创新，也为微纳马达能量转化机制与功能协同带来新的契机。”
文章内容简介
微纳马达（micro/nanomotors）作为能在流体环境中自主驱动的“微型机器”，正为精准医疗、环境修复和智能制造等领域带来革命性突破。纳米合成技术的进步深刻影响了微纳马达的发展，因其功能特性与拓扑设计密切相关。在探索的各类结构中，中空结构微纳马达由于其限域效应、比表面积大和多功能潜力而成为一类特别有前景的马达。与实心微纳马达相比，中空微纳马达具有几个明显优势：(1) 它们的腔体为物理化学反应提供了明确的空间，这对于推进至关重要；(2) 其内部可以添加催化剂、治疗剂、成像剂或酶来支撑特定任务； (3) 腔体可配备门控材料，用于载荷保护和按需释放，这对于药物、抗体和酶等敏感分子的体内递送至关重要。
基于此，本文概述了中空微纳马达的最新研究发展，重点介绍了合成方法、推进机制和新兴应用。首先概述了四种具有代表性的空腔制备策略：硬模板法、软模板法、卷起技术和渗透诱导法，并分析了它们各自的优点和局限性。随后研究了中空结构在增强推进力方面的作用，特别关注结构、机制和动力学之间的相互关系。然后重点介绍了基于空腔结构的关键应用，包括生物医学应用、环境修复、先进的运动控制技术和催化应用。最后，本文探讨了这一领域面临的挑战和机遇。我们预计，空腔结构的独特功能优势和精密的运动控制将在推动微纳马达从新颖概念走向实际应用的过程中发挥关键作用。
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作者团队：
微纳马达是连接材料科学、生命科学与智能制造的交叉前沿研究方向。早期的研究受限于驱动机理模糊、材料体系单一、结构设计受限等关键科学问题，其运动可控性与应用稳定性难以满足实际需求。基于此，我们聚焦于光响应与结构可控微纳马达体系研究，从材料层面揭示微观能量转化与运动行为的内在联系。通过引入空腔结构与界面调控策略，构建了具备多模式响应与功能集成的仿生微纳马达，实现对其运动方向、速度与功能的精准控制。未来，我们将继续探索从“材料可控”到“运动可编程”的科学问题，推动微纳马达在智能传感与生物医学等领域的实际应用。
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研究热点是什么：
未来，空腔结构微纳马达的研究机遇可能集中在三方面：一是探索结构参数与推进性能的关系，通过实验结合建模实现高效设计；二是结合AI进行材料与结构的虚拟筛选，加速高性能体系的发现与优化；三是发展多腔体与分层结构，实现多功能集成与可编程运动，推动其在智能传感和生物医学中的应用。
作者团队简介
孔彪，复旦大学化学系研究员，博导，国家高层次人才，国家重点研发计划首席科学家。博士毕业于复旦大学与Monash大学。研究方向为超组装智能材料界面构筑用于生物传感与能量转换应用。
刘健，内蒙古大学化学化工学院院长，长江学者特聘教授。博士毕业于中国科学院大连化物所。研究方向包括微纳反应器的设计、多孔纳米材料的开发，以及均相催化在多相体系中的产业化应用。
刘天亿，哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院副教授。博士毕业于英国萨里大学。研究方向包括智能微纳马达的设计开发及其在生物医学与环境科学中的应用。
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Hollow Structures in Micro/nanomotors: Design Principles, Propulsion Mechanisms, and Functional Applications
Tianyi Liu*, Guoxing Zhang, Jie Zeng, Qingdong Chai, Kang Liang, Jian Liu*, and Biao Kong*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00191
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