近日，哈尔滨工程大学刘天亿团队与复旦大学孔彪团队在聚合物半导体微纳马达领域取得新进展，提出了一种基于超分子界面工程构筑高性能光驱动微纳马达的新策略。研究团队通过胶束介导的自组装方法，制备了具有树枝状介孔结构的间氨基苯酚-甲醛（MAPF）树脂聚合物半导体纳米球，并进一步引入铜-单宁酸金属-多酚网络（Cu-TA MPN）界面层和不对称金（Au）沉积，成功构筑了兼具多波长响应、自主运动、光趋性集群行为及抗菌功能的Janus型聚合物半导体纳米马达。该研究不仅有效改善了聚合物半导体材料的界面电荷传输性能，还实现了光驱动运动与多模式抗菌功能的协同集成，为新型智能微纳机器人在生物医学和环境治理领域的应用提供了新的研究思路。

  2026年11月5日，相关研究成果以“Supramolecular Engineering of Polymeric Semiconductor Nanomotors with Phototactic Motion and Antimicrobial Function”为题，发表于国际知名学术期刊 ACS Nano。文章第一作者为张国兴，文章通讯作者为刘天亿、孔彪。

图1. 纳米马达的构筑过程及微生物灭活机制示意图。

一、超分子界面工程构筑聚合物半导体Janus纳米马达

  在材料设计方面，研究团队以间氨基苯酚和甲醛为前驱体，通过胶束介导自组装策略，制备了具有树枝状介孔结构的间氨基苯酚-甲醛树脂（MAPF）聚合物半导体颗粒。该材料具有丰富的介孔结构和较大的比表面积，为后续界面修饰及功能组分负载提供了良好的结构基础。

  在此基础上，研究团队进一步引入铜-单宁酸金属多酚网络（Cu-TA MPN）作为超分子界面层，并通过不对称沉积Au纳米颗粒，成功构筑了MAPF@MPN@Au Janus纳米马达。该结构将聚合物半导体的光催化特性、金属多酚网络的界面调控能力以及Au组分的不对称结构特征相结合，为光驱动运动和多功能集成提供了材料基础。

  其中，Cu-TA MPN界面层不仅能够调节不同组分之间的界面相互作用，还能够改善光生载流子的分离与传输过程。光电化学测试结果显示，引入MPN界面层后，复合材料的光电流提高约6.5倍，电荷转移电阻降低约38.5%，表明超分子界面工程能够有效改善材料的光电性能，为纳米马达实现高效光响应运动创造条件。

图2. MAPF与MAPF@MPN纳米颗粒的能带结构及光电化学性质。

二、多波长光驱动与主动光趋性集群行为

  光响应运动是实现微纳马达主动操控的重要基础。得益于聚合物半导体与超分子界面之间优化的电荷传输过程，MAPF@MPN@Au纳米马达能够在不同波长光照下实现自主运动，并表现出良好的波长响应特性。

  实验结果表明，在365、465和532 nm光照条件下，纳米马达的平均运动速度分别达到11.6、6.1和4.3 μm/s，说明该体系不仅能够响应紫外光，还能够在蓝光和绿光等可见光条件下实现有效运动。特别是在532 nm绿光照射下，纳米马达仍表现出明显的运动行为，体现了聚合物半导体在可见光驱动微纳马达方面的应用潜力。

  更值得关注的是，该纳米马达表现出主动光趋性集群行为。在光照作用下，单个纳米马达能够向光照区域迁移，并逐渐在光照中心形成集群。随着照射时间延长，纳米马达由分散状态逐步聚集，在约60 min后形成明显的集群结构。当光源位置发生变化时，集群也能够随之移动，表现出对外界光场的主动响应。此外，在蓝光和绿光条件下，同样能够观察到类似的光趋性集群现象。

  研究进一步结合光催化产过氧化氢实验和有限元分析，对这一集群行为进行了探讨。实验测得纳米马达的过氧化氢生成速率为1.49 mmol h?1 g?1。研究认为，非均匀光照可能导致局部光催化反应速率和过氧化氢浓度分布存在差异，从而形成浓度梯度，并为纳米马达向光照中心迁移提供扩散泳驱动力。这一结果为理解光响应微纳马达的主动集群行为提供了新的思路。

图3. 纳米马达的结构、推进性能及光趋性行为

三、多模式协同抗菌与海洋微藻灭活

  除光驱动运动和集群行为外，该纳米马达还具有多模式协同抗菌功能。研究团队利用Cu-TA MPN的金属离子释放特性，以及MAPF材料的介孔结构，进一步实现了光催化、金属离子释放和抗生素递送等功能的集成。

  一方面，聚合物半导体在光照下能够产生光催化活性物种，对微生物产生氧化损伤；另一方面，Cu-TA MPN能够释放Cu2?，发挥金属离子介导的抗菌作用。同时，MAPF丰富的介孔结构可用于抗生素负载递送。通过将多种作用机制相结合，该纳米马达能够在主动运动过程中增强与目标微生物的接触，为提高抗菌效率提供了新的途径。

  值得注意的是，Cu-TA MPN还具有pH响应特性。在酸性环境下，金属多酚网络能够发生解离，从而促进药物释放。实验结果显示，在pH 7.4条件下，抗生素在48 h内的累积释放率为20.6%；当环境pH降低至6.0和5.0时，累积释放率分别提高至约58.0%和75.9%。这一结果表明，该体系具有一定的酸性环境响应药物释放能力，有助于实现抗菌组分的可控释放。

  在微生物灭活实验中，MAPF@MPN@Au纳米马达对大肠杆菌（Escherichia coli）表现出良好的抗菌效果，在光照10 min后，其对数灭活率达到3.92 ln。此外，该体系还能够对海洋有害微藻——米氏凯伦藻（Karenia mikimotoi）产生灭活作用，在可见光照射10 min后，对数灭活率达到0.95。上述结果表明，通过聚合物半导体、金属多酚网络和药物递送功能的协同设计，有望拓展微纳马达在细菌控制及海洋微生物治理等领域的应用。

四、研究意义与展望

  本研究通过超分子界面工程，将聚合物半导体、金属多酚网络与Janus结构设计相结合，构筑了具有多波长光响应运动、主动光趋性集群和多模式协同抗菌功能的聚合物半导体纳米马达。研究不仅揭示了超分子界面层对光生电荷传输和纳米马达运动性能的调控作用，还将主动运动、光场响应与抗菌功能集成于同一微纳体系中。

  该研究为聚合物半导体微纳马达的分子设计、界面调控和功能集成提供了新的材料设计策略，也为开发具有主动响应能力的微纳机器人在生物医学和环境治理领域的应用提供了新的可能。未来，通过进一步优化材料结构、运动调控机制及功能组分，有望推动聚合物半导体微纳马达向更加智能化、多功能化和实际应用化的方向发展。

  链接地址：https://doi.org/10.1021/acsnano.6c16760

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