首都师范大学《ACS AMI》：新型有机微晶光控微机器人学术资讯

来源：材料科学前沿

近期，来自首都师范大学化学系廖清教授和付红兵教授课题组的研究人员设计制作了一种新型有机微晶光控微机器人。研究者利用溶液自组装制备了结构规整的有机小分子微晶，通过激光控制实现了微晶的平移、旋转、跳跃等多模式运动，结合理论计算提出了驱动机理。

相关论文以“Remotely Photocontrolled Microrobots based on Photomechanic Molecular Crystals“为题发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》。有机光机械材料是一类可以将光能转化为机械运动的材料。几乎目前所有已报道的有机光机械材料都是通过偶氮苯、二芳基乙烯类及其衍生物的光异构化反应、[2+2]和[4+4]环加成反应等光化学反应驱动。通过这些正向和逆向光化学反应的往复进行，光机械材料可以将光能转换为弯曲、扭曲、平移、跳跃、旋转等多种机械运动。然而这类光化学反应的逆反应速率通常较慢，而且需要额外的刺激手段、如加热、可见光照射等诱发逆反应的进行，这就在一定程度上增加了控制难度，降低了光机械材料的实用性。实验中使用400 nm飞秒激光作为驱动光源，实现了有机微纳晶体可控的平移、旋转和跳跃运动。当能量达到1.53 mJ/cm2时，速度可达38.4 μm/s。同时微晶的运动具有很好的可重复性，使用1.15 mJ/cm2的能量激发同一个样品100次后，样品运动速度几乎没有降低，速度保持在23.3±10.2 μm/s。进一步用偏振光驱动样品旋转，最快旋转速度达2 Hz。

为了揭示微晶运动机理，作者模拟了分子的基态和激发态构型并计算了不同构型下的绝热能量。发现在基态和激发态之间存在一个势能面的锥形交叉通道，使得分子可以将光能快速的转化为分子形变进而驱动晶体运动。这项研究为实现高可控性、快速响应的光控微纳机器人提供了新的途径。

图1. SQDPA分子微晶的晶体结构分析

图2. 微晶光控运动特性分析

图3. 光机械机理解释

图4. 使用偏振光驱动晶体快速旋转

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c03686

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原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1NDc0NTY4OA==&mid=2247485934&idx=5&sn=31b3b9f6b4e17575334f03d43bb91dfc&chksm=e9c1c4d9deb64dcf563feb177f852b1d1a2571035392d8d3232b4ce2ee57ed0feb02ef2e9700#rd

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