受自然界中生物马达和生物泵的启发,人造自主运动系统的研究在近十几年来取得了显著的进展。2016年度诺贝尔化学奖授予了三位研究分子马达的科学家,以表彰其“发明了行动可控,且在提供能量后可以执行任务的分子机器”。那么,什么是微米马达?简而言之就是大小在微米尺寸,能够利用外界环境中的能量,并能转化维持自身运动的微型装置。微米马达可以在液体环境中实现自主推进的行为,微米泵则能够诱导周围环境中的液体流动,二者很多时候都是基于相同的推进机理。迄今为止,微米马达和微米泵都需要解决它们的运动精确控制问题,远程精准操控、实时状态调整是二者未来的发展方向。此外,之前报道的一些研究工作存在构造方法复杂的问题,不利于大规模开展简单制备微米马达和微米泵的工作,进一步限制了微米马达和微米泵的应用前景。因此,我们开展的工作就是在实现大规模简单制备微米马达和微米泵的基础上,研究如何精准控制微米马达和微米泵的运动问题。在本论文中,主要进行的工作包括以下三部分:1、利用静电喷雾法大规模制备出结构完整、粒径分布均一的半球形微米马达。这种微米马达不仅表现出可控的启/停/启(On/Off/On)运动行为,而且能够实现双重刺激(紫外光和NH3)响应,并且该过程能够可逆实现。此外,半球形微米马达的运动方向也是可以被控制的,都是朝向远离这两种刺激物质(紫外光和NH3)的方向运动。因此,只要控制这两种刺激物质的施加方向,我们就能够有意的操控马达的运动速度加快或者减慢。正是由于这两种不同的运动控制方法,我们成功的实现了通过输入紫外光照或NH3刺激来实现双重的逻辑运算功能,首次成功构建了一种基于高分子材料的半球形微米马达的可重构“或”与“异或”逻辑门。2、利用静电喷雾法一步制备饼状微米结构,并且在光照刺激条件下能够实现微米马达和微米泵的双重功能。当在水面上使用单侧光照射样品时,样品同时具备微米马达(运动)和微米泵(泵动)的功能;当在水面上使用垂直光照射样品时,样品无法运动只有微米泵现象。此外,当在液面下固定样品时,光照条件下也能观察到微米泵的现象,通过调节光照强度可以控制微米泵的方向和速度,并且此种变化是可逆的。值得一提的是,在合适光照强度下我们能够观察到微米泵独特的类似“心脏跳动”的震荡行为。3、制备Ag/明胶微管马达。采用模板法制备明胶微米管,利用混合的银增强溶液在明胶管内壁反应沉积AgNPs,通过Ag催化分解H2O2溶液产生气泡来实现微米马达的自推进运动。首先,与自卷曲法和电化学沉积模板法相比,该法不仅能同样实现管状微米马达的大规模制备,而且过程更加简单。其次,在材料选用上,明胶是天然的生物相容性材料,具有非常优异的生物相容性;在催化剂的选择上来说Ag不仅同样能实现对过氧化氢的高效催化,在低浓度(0.5%)过氧化氢溶液中依然可以运动,而且Ag比Pt更加便宜,性价比更高。此外,我们还研究了影响微管马达运动速度的一些因素。