近日，太阳集团1088vip王吉壯/李丹團隊開發了一種通過體相異質結有機半導體太陽能電池（OSC）的旋塗技術随意構造光驅動功能微機器人的新方法，能夠在各種維度結構（0D、1D、2D、3D）上實現高效光驅動功能微機器人的設計構造。相關工作以“Arbitrary construction of versatile NIR-driven microrobots”為題發表在國際權威期刊Advanced Materials。

在微納機器人發展的曆程中，我們見證了其從初期的簡單化學驅動逐步演變到如今的複雜功能集成。随着研究的不斷深入，科學家們逐漸将多種功能整合到微納機器人設計中，使其具備了更加複雜和多樣的特性。光驅動微納機器人（LMNRs）因其可編程性和高效驅動，成為該領域的研究熱點之一。光作為一種高度可調制的信号源，具有獨特優勢，能夠通過編程實現入射方向、強度、波長和偏振等多信号通道的控制，使得精準操控微納機器人以執行複雜任務成為可能。光驅動方式提供了更高的靈活性和可控性，使微納機器人在生物醫學、環境監測和工業制造等領域展現出巨大的應用潛力。然而，盡管光驅動微納機器人在許多方面表現出色，實現簡單且通用的設計構造依然是一大挑戰。因此，如何根據功能需求靈活構建相應結構的微納機器人，并開發出更簡便且通用的設計策略，成為當前研究的重點方向。

本工作中，作者将高效光電轉換性能的體相異質結有機半導體太陽能電池（OSC）與靈活構造的旋塗技術相結合，可以将不同結構的惰性模版，包括各種維度結構（0D、1D、2D、3D），進行旋塗活化，從而實現随意構造的光驅動功能微機器人的全新設計方法（圖1）。

圖1. 零維到三維NIR驅動微納機器人的構築。

該微納機器人的驅動機制主要依靠近紅外光驅動的光電化學反應所引發的自擴散泳動（self-diffusiophoresis）（圖2）。具體來說，塗層薄膜通過吸收NIR光，驅動光電化學反應，形成離子濃度梯度，從而推動微納機器人的運動。這種自擴散泳動機制使得微納機器人能夠在NIR光照下實現高效的定向運動。

圖2. 0D微型機器人的驅動機制、制造工藝和結構表征。

該方法利用旋塗技術将近紅外響應的OSC溶液塗覆在任意被動結構上，從而賦予其運動能力。由于塗層薄膜極其纖薄，原始物體的形态和功能得以保留，實現了功能與結構的完美融合。不同維度的微納機器人在不同應用領域中展示出顯著優勢（圖3）：

• 0D 微納機器人：适用于活性晶體的生成。

• 1D和2D 微納機器人：在微塑料捕捉和管道模型中的貨物運輸方面表現優異（圖4）。

• 3D 微納機器人：具有光控導航能力，能夠在複雜環境中實現精确的光學操控和導航。

圖3. 0D~3D微納機器人的多功能應用示意圖。

圖4. 2D随機可設計結構微納機器人在近紅外（NIR）照射下的運動行為，包括：二維微納機器人和具有多種旋轉對稱結構微轉子的設計、貨物運輸及軌道引導的運動行為。

總的來說，該工作開發了一種全新的構築策略，通過旋塗技術利用體異質結有機光伏（OSC）結構，任意構建從0D到3D的微機器人。在近紅外（NIR）照射下，這些基于OSC的微機器人展示了多種自擴散泳運動行為。研究發現，不同的結構設計會引發不同的運動模式，包括定向運動和旋轉運動，尤其是在具有多重旋轉對稱結構的微轉子中觀察到了運動行為的轉變。此外，該方法能夠根據特定功能需求定制微機器人的制造：0D微機器人可用于誘導活晶體形成，1D和2D微機器人用于去除微塑料，微轉子用于精确的齒輪齧合和貨物運輸，而3D納米樹機器人則展示了趨光導航的能力。旋塗體相異質結OSC技術還可拓展至其他的有機半導體體系，體現了其廣泛的适用性，其特異性的功能化應用突顯了光驅動微納機器人在多個領域中的潛在應用前景。

論文第一作者為太阳集团app首页博士生李萬元，通訊作者為王吉壯副教授和李丹教授，香港大學的唐晉堯教授團隊也參與研究。該論文得到了國家自然科學基金、國家自然科學基金重點項目、廣東省重大基礎與應用基礎計劃和太阳集团app首页等的大力支持。

原文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202402482。

文圖|李萬元

校對|劉 雪

責編|李逸凡

初審|王吉壯

終審|陳填烽 吳濤