官建国教授团队在酶驱微马达智能化取得重要进展

发布:2021-03-08 11:16 来源:新材料研究所 字体:
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  近日,我校材料复合新技术国家重点实验室官建国教授课题组在酶驱动微纳米马达智能化运动方面取得重要进展。该工作发表在美国AIP Publishing LLC的物理学科著名期刊《应用物理评论》(Applied Physics Reviews)上,硕士研究生冯有增为论文的第一作者,官建国教授和罗明副研究员为论文的共同通讯作者。论文被主编推荐为特载论文(Featured Article),并在杂志主页进行展示。同时,AIP Scilight网站以“With only a single input, tiny motors switch their propulsion mechanism to change direction”为题对论文作了专题报告。

  在自然界中,可逆的运动对于运动生物生存至关重要。比如,三文鱼小时候会沿着河流顺流而下到达海洋进行生活;长大后又逆流而上回到出生地产卵繁殖后代。与此类似,许多运动微生物利用可逆的趋化行为寻找适宜的生存区域。化学驱动微纳米马达也具有运动微生物类似的性能,它们能够通过感知周围环境中化学信号的变化展示出正趋化性或负趋化性。然而,目前制备的人工微纳米马达还难以通过感知同种化学信号浓度的变化实现正负趋化的可逆切换。

  对此,官建国教授课题组研制出一种能够感知周围环境中燃料浓度变化而自主调节驱动机理和运动方向的酶驱动微米马达,它由脲酶修饰在双面神罐状微米颗粒内表面组成。该微米马达利用罐状结构的空间限制效应和脲酶与尿素之间的特异性催化反应,其驱动机理能够随周围环境中局部燃料浓度的变化,在离子型扩散泳和微气泡反冲驱动之间实现可逆转换。在外磁场存在时,由于该微米马达的运动姿态被规范,还能进一步表现出可切换的正、负趋化行为。另外,在生理尿素浓度下,微气泡反冲驱动机理使得微米马达的运动速率显著提升,可达60 μm/s,约30体长/秒,表现出强劲的驱动力。本工作研制的自适应运动的酶驱微马达将有望在生物医药领域实现实际应用。

  官建国教授,武汉理工大学材料学科首席教授、材料科学与工程国际化示范学院教学院长,国家重点研发计划变革性技术专项项目首席、中国微米纳米技术学会会士、英国皇家化学会会士(FRSC)、“新世纪百千万人才工程” 国家级人选(2007)。主持国家863计划、国家重点研发计划等国家级重要科研项目20余项,在国内外高水平期刊上发表论文300余篇,引用8000余篇次,授权国家(或国防)发明专利49项;获国家与省部级科技和教学成果奖励9项,研究成果在多个国家重点工程上实现了规模化应用和产业化。

  罗明副研究员,硕士生导师。要从事微/纳发动机制备及其生物医药领域应用研究。目前已在Nat Commun、ACS Nano、Adv Funct Mater、Nano Lett、J Am Chem Soc、Chem Commun等国际著名学术期刊上发表SCI收录论文50余篇,引用2000余次。主持和参与国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等项目10余项。

  原文链接:https://doi.org/10.1063/5.0029060

  Scilight网站专题报道链接:https://aip.scitation.org/doi/10.1063/10.0003705

  通讯员:黄玲林、熊远禄 审稿人:罗小寒

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