运动,对于生命系统来说是非常重要的。生物体中肌球蛋白的动能就是由生物分子马达水解ATP释放的能量所提供的,它们在指定位置装载着细胞所需的物质完成生命活动。受生物体的启发,科学家在微小装置的运动研究中下了很多功夫。这些装置的大小一般从纳米级到微米级,它们主要的功能是吸收外界的能量来推动自身运动。外界的驱动力主要包括物理驱动、化学驱动、生物驱动和混合动力驱动。其中以光能为能量来源的物理驱动成为这几年的研究热点,光能具有无污染的优点,使光驱的微纳马达和微米泵的应用范围更加广泛。微纳马达主要由以下两类组成,一类是微纳马达,它们吸收外界能量转化为动能来推动自身运动,另一类是微米泵,它们通过外界的刺激响应来使周围流体形成一定的流动行为,应用于治理污染、定点输送、药物治疗等领域。然而由于微纳马达的运动方向和微米泵的泵送方向难以精准的操控,这阻碍了人类在探究微纳马达和微米泵的应用。除此之外,具有双趋光性的单组份纳米马达也很少见。基于以上科学问题,我们研究的内容就是在实现简单构造微纳马达和微米泵的基础上,解决可以精准的操控微纳马达的双向趋光性和微米泵的双向泵送行为的问题。在本文中,我们将研究工作分为以下三部分:1.第一部分工作中,我们用一步沉淀法合成了各种尺寸的卟啉铁纳米马达。在光照强度较小的情况下,卟啉铁纳米马达可以向着光源方向运动,而随着光照强度慢慢增加,纳米马达的运动方向将有所改变,由原来趋向光源转变为远离光源的方向。并随着光照强度的持续增加,其运动速度也会增加。我们还发现集体纳米马达的运动行为与光照的角度存在着一定的关系。当光照角度为0度时,较小光强下的多个纳米马达平行排列地向着光源方向运动,当光照强度增加时,纳米马达则会向着远离光源的方向运动。当光照角度变为45度时,较小光强下,纳米马达的集体行为表现为向着光源的一侧聚集,增加光照强度时,纳米马达则会向远离光源处运动。2.在第二部分工作中,我们研究了一种使用水作为燃料的正趋光性微米马达。我们用乳液法来制作基于酞菁铁的微米马达,这类微米马达的微结构为球状。在光照下,酞菁铁微米马达可以向着光源方向运动,我们认为这种运动行为主要基于自扩散泳机制。此外,我们把微米马达的运动行为与酞菁铁的优异光催化活性结合起来,将此用于提高溶液中有机污染物的降解效率,希望实现微米马达在环境治理中的应用。3.在第三部分工作中,我们通过静电纺丝法合成了泵送方向可控的微米泵,微米泵包含有两种材料,即光刻胶和表面活性剂。微米泵主要由光照来实现泵送现象,并在不同强度的光照下具有不同的泵送方向即向外泵送和向内泵送。当光照强度较小时,可以使微米泵中的表面活性剂释放,引起的溶质浮力导致流体向外运动,而当光照强度增加时,微米泵中的光刻胶吸收更多的热量形成热梯度,导致向内的泵送行为。