納米馬達由于微/納米尺寸和使用簡便性，是納米機器人供能系統(tǒng)的絕佳候選者，在藥物靶向輸送，無損手術等生物領域前景遠大。為了將納米機器應用到生物領域，研究人員開發(fā)了一系列無機的納米結構材料。其中，兩面結構的納米線是其中的佼佼者。這種納米線馬達可受周圍環(huán)境諸多能量的驅(qū)動，譬如化學燃料，光照、聲場，磁場、電場等等。
問題在于：這些納米線僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)有效的運動，并不能控制方向，還需要添加外部驅(qū)動。
前人采用的主要策略是將以Ni為主的鐵磁性材料引入其結構，通過外部磁場為靶向遞藥和無損手術等實際應用掌舵。這一策略雖然有用，但是在操作簡便性和毒理性控制等方面仍然有很多工作要做！
趨光性是微生物感知光的方向并靠近或者遠離光源的行為，在能動的光合作用微生物系統(tǒng)中很常見。譬如，綠藻能夠朝光源定向運動，從而獲得更多的能量用于光合作用，這種行為稱之為正趨光性或向光性。同時，綠藻也能遠離光源運動，避免輻照損傷和躲避肉食動物，這種行為稱之為負趨光性或背光性。TiO2、AgCl等趨光性微納米材料也表現(xiàn)出在光照下自由運動的行為。
有鑒于此，香港大學唐晉堯課題組發(fā)明了一種人造趨光性微型馬達，能夠感知外部光源的光照方向?qū)崿F(xiàn)正負趨光性，并自適應轉(zhuǎn)向運動。
圖1. 納米馬達結構：Si納米線上生長的TiO2納米線
研究人員稱之為微型“游泳健將”，這種微型“游泳健將”是由兩面型TiO2/Si納米樹結構組成，包括分布在相反端的納米結構的光電陰極和光電陽極。光照條件下，光驅(qū)動光電化學反應，在納米樹的相反端分別產(chǎn)生陰離子和陽離子，形成對稱分布，通過自電泳提供推動力。同時，TiO2納米線較大的頭部產(chǎn)生的遮光效應為納米樹提供了實時轉(zhuǎn)向，朝著光照方向運動的能力。
納米樹整體Zeta電位決定這種納米馬達的方向，而TiO2納米線頭部是決定向光和背光的關鍵。通過簡單的化學修飾，研究人員能夠調(diào)整Zeta電位，編程控制微型游泳者的向光性和背光性：當整個納米樹和TiO2頭部都是正電荷或者負電荷，微型馬達呈現(xiàn)向光性；當整個納米樹和TiO2頭部電荷相反，微型馬達呈現(xiàn)背光性。
最后，研究人員還實現(xiàn)了大批量的微型馬達在溶液中模仿綠藻的集體趨光行為。不過，具有一定毒性的H2O2的取代還需要進一步研究。
總之，這項研究成果為微/納米馬達在生物領域的應用帶來了新的借鑒！
圖2. 大規(guī)模人造微型馬達趨光運動
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