浙江
微纳米马达 (Micro/nano motor) 能够利用周围环境的能量并将其转化为动能，实现纳米材料的主动运动，引起了化学、物理学、材料科学、生物学、和生物医学工程等多个学科的广泛关注。近年来，光催化微 / 纳米马达因其可控性强、功能多样，逐渐成为环境净化与生物医疗领域的研究热点。然而，传统光催化马达存在的光生电子 - 空穴对快速复合问题，严重制约了其推进性能及活性物种（如 ROS ）的生成效率，从而影响其在抗菌等实际场景中的应用效果。
针对上述问题，哈尔滨工业大学（深圳）马星 、金东东 教授团队联合厦门大学鄢晓 晖 教授团队 ，提出了一种“液态金属（LM）增强电荷分离”的全新策略，将高导电性的镓基液态金属与二维光催化材料g-C₃N₄复合构建微纳米马达，该材料通过能带匹配构建欧姆接触结构，显著提升了电子-空穴对分离效率。所构建的GaGCN@Pt马达在低浓度过氧化氢（H₂O₂）环境中展现出优异的自驱动能力，并在紫外光照射下实现运动性能与抗菌能力的双重增强。相关成果以 “Liquid Metal Amplified Charge Separation in Photocatalytic Micro/Nano m otors for Antibacterial Therapy” 为题，发表在《 ACS Nano 》期刊上。
图1 液态金属促进电荷分离，增速光催化微纳米马达运动及抗菌性能的概念示意图
【自推进能力强，响应光照快速加速】
所制备的 GaGCN@Pt 马达在 H ₂ O ₂ 环境中即具备自推进能力，在紫外光刺激下的运动速度提升可达 5 倍，展现出优良的光响应能力和稳定性。该运动性能远优于对照组（ Au 包覆或非 LM 结构马达），证实 LM 在电子迁移中的关键作用。
【液态金属构建欧姆结，显著提升电荷分离效率】
研究团队利用液态镓与 g-C ₃ N ₄ 之间的能带结构差异，构建了类欧姆接触界面，从而大幅提升了光生载流子的分离效率和传输速率。实验与理论计算表明，该结构使电荷分离效率提高超过 6.5 倍，显著促进了马达的推进效率与活性物种生成。
图 3 液态金属与光催化材料构建欧姆结提升电荷分离效率的机制图
【运动增强型抗菌性能，验证体内治疗效果】
在抗菌实验中， GaGCN@Pt 马达可通过运动加速 ROS （主要为 ¹O ₂ ）扩散，实现接近 100% 大肠杆菌杀灭率。更重要的是，在小鼠皮肤感染模型中，该马达配合 UV 和 H ₂ O ₂ 处理可显著提升伤口愈合效率，表现出优异的体内抗菌治疗潜力。
图 4 光催化液态金属微纳米马达对小鼠伤口的治疗效果
小结
本研究通过引入液态金属构建高效电荷分离界面，成功制备出具备自主运动和光响应抗菌能力的光催化微 / 纳米马达，显著提升了其推进性能与治疗效率。与传统策略相比，该方法具有结构简便、普适性强、可控性优等优点，不仅深化了对马达中电荷迁移机制的理解，也为新型智能抗菌系统的开发提供了全新的材料设计思路和技术路线。未来，该策略有望广泛应用于精准医疗、环境治理及微创治疗等前沿领域，推动光催化微纳技术在实际场景中的落地应用。
来源：高分子科学前沿
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