微纳米马达是一种可实现能量转换的生物智能材料,在生物传感、靶向给药、体内微创治疗等领域都有极大的应用潜力。由于单个马达的功能是有限的,在体内执行任务时,往往需要多种马达分工协作才可以精准执行任务,因此马达间的通讯交流是应用中不可或缺的功能。化学驱动马达多通过表面不对称的氧化还原反应来定向运动。由于溶液pH往往影响氧化剂、还原剂的氧化还原电位,并进一步影响反应动力学,从而影响马达的运动速度、方向。基于这种效应,本论文通过调控溶液的pH来研究马达的局部化学通讯。本论文的研究内容主要分为两部分。首先,研究了当全局溶液的pH改变时,马达运动行为的变化及机理。实验结果表明,在碱性溶液中,Ti O2-Au/Pt马达和Au-Rh双金属棒马达均加速。以Ti O2-Pt马达为例探索了马达加速机理。实验表明,过氧化氢在碱性溶液中还原性增强,从而加速了限速反应,使马达加速。此外,在碱性溶液中马达的zeta电势绝对值增大,也会使其加速。而在酸性溶液中,发现PMMA-Ag马达会反向运动,即由Ag端在前运动变为PMMA端在前运动。论文提出了四个猜想,并一一设计了实验证伪。完整的速度变化机制有待后续研究。在第一部分研究成果基础上,设计了不同的局部释放酸碱的信标,以改变局部微环境的pH,进而研究马达在局部pH改变时的运动行为并探索机理。第一种策略是借助载体释放预装载的物质。本论文采用间歇式沉淀聚合法制备了温敏型水凝胶PNIPAM微球,但发现负载的分子会在水中自发渗漏,因而无法用于马达实验。此外,将Ca O负载于多孔硅藻土中,通过Ca O水解缓释OH-,观察到Au-Rh马达在硅藻土颗粒附近先加速后减速。这可能是由于OH-使马达加速,而电导率增加则使马达减速,两种效应综合作用导致马达先加速后减速。第二种策略是使微颗粒直接释放H+、OH-而改变局部pH。本论文采用沉淀聚合法合成了Ca CO3微颗粒,能够水解在局部释放OH-。但发现在Ca CO3微颗粒附近的马达并没有加速,可能是由于OH-使马达加速,而电导率增加让马达减速,两效应相互抵消。最后,尝试了在365 nm紫外光下能够自发解离产生H+的光酸,但由于解离速度极慢,单个光酸晶体释放的H+较少,PMMA-Ag马达并没有反向运动。综上所述,本文研究了pH对马达运动行为的影响,探索了其机制。在此基础上,设计了改变局部pH的信标,研究了马达对局部pH变化的响应。本文为设计微纳米马达之间的化学通讯提供了新的思路。