暨南大学融媒体中心讯 近日，暨南大学化学与材料学院王吉壮/李丹教授团队在前期光驱动硅纳米线马达研究的基础上，进一步开发了基于金属-绝缘体-半导体（MIS）结构的光磁复合硅基微马达。通过能带结构优化将磁性金属Ni引入MIS结构的一体化构造，在保证优异光电化学性能的基础上，增强了方向的操控性。此外，磁性元素的引入也为合理化磁组装提供了条件。以光驱动硅基马达作为基础组件，研究团队创新性的开发了微洞阵列模板辅助的磁组装策略实现了多种结构的硅基微机器人的合理化组装构建，并展示出增强的细胞操控性能。相关工作以“Template-Guided Silicon Micromotor Assembly for Enhanced Cell Manipulation”为题发表在国际权威期刊Angew. Chem. Int. Ed.（https://doi.org/10.1002/anie.202405895）。

（图1.论文在线发表截图）

微纳机器人作为一种微观尺度上具有特定功能的新型微纳米器件，其研究及应用取得了显著进展。然而，随着应用研究的深入，对其操控性和功能性提出了更高的要求，这也激发了领域研究者不断尝试新的方法，以满足应用需求构建功能微纳机器人。其中，通过整合不同的功能组件并开发合理的组装策略被证明是一种有效的方法来构建微纳机器人。

（图2. 基于MIS结硅纳米线光磁复合马达的构建、模板辅助合理化组装微机器人（OHMs）及细胞操控示意图）

本工作中，作者提出了一种基于金属-绝缘体-半导体（MIS）结构的硅纳米线光磁复合微马达（OHM），通过MIS结构的优化设计，合理化选择磁性金属Ni作为金属端，同时也可作为磁控组分，为OHM的精确磁操控和组装提供了可能（图2）。在可见光的照射下，OHM利用光激发的光电化学反应诱导的自电泳进行有效推进和实时的启停控制（图3）。

（图3.硅纳米线马达光驱动机理模拟、实时启停控制及光强度响应运动性能）

正如在宏观机器构造一样，设计功能强大的微纳机器人也需要可控组装作为一种高效策略。研究团队利用所开发的MIS结复合马达的磁性特征，创新性的提出了一种微洞阵列模板辅助组装（HAA）的方法，如图4所示，首先将一个马达引导进入洞中固定，然后操控另一个马达与其组装，重复该过程即可实现不同结构微机器人的构建。除了组装，通过微洞还可实现解组装的操作。孔辅助组装为微纳机器人的构建提供了一种简单可行的策略。

（图4. 通过微洞阵列模板辅助组装的方法实现OHM的合理化组装与拆解）

与单个微纳马达相比，组装的微机器人表现出增强的操控能力。如图5a, b所示，“V”字型微机器人具有运输多个细胞的能力。此外，还可通过磁控的旋转实现细胞的挖掘操作（图5c, d）。空间的三叉结构马达表现出更稳定的细胞抓取能力，如图5e所示，利用三叉微机器人可以实现细胞的精确操控，构建独特的JNU形状。

（图5. 微型机器人对细胞的操控）

综上所述，研究团队展示了一种基于MIS结构的硅基光磁复合微马达。在可见光激发下，通过光电化学反应触发的自电泳实现自驱动。利用该微马达的磁性特征，通过简单的洞阵列模板辅助实现了微马达组装以构建多种结构的微机器人。这些组装的微机器人展示了增强的细胞操控能力，包括多细胞运输、深洞挖掘和精准定位。该工作所提出的马达作为基础组件合理化组装以及模板辅助的组装方法对功能微机器人构建及应用发展具有一定的借鉴意义。

该研究成果的共同第一作者为暨南大学化材院研究生高宇昕和欧乐妍，通讯作者为王吉壮副教授和李丹教授，暨南大学为唯一通讯单位，香港大学唐晋尧教授课题组也参与研究。研究工作得到了国家自然科学基金、国家自然科学基金重点项目、广东省重大基础与应用基础计划、广东省重点领域研发计划、广州市科技计划项目和暨南大学等项目大力支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202405895

责编：陈国琼