早在20世紀20年代，人們就已經發現了一系列有趣的化學振盪現象（圖1），並且類似的振盪體系在之後的研究中層出不窮。這類非平衡、非線性的化學振盪體系需要持續的能量供給才能得以維持，這種機制被很多生物系統（如細胞、組織、器官等）所採用，因此理解和運用這種機制對於理解和模擬生命現象具有重要的意義，但是對於如何將這種化學振盪的能量高效地轉化為機械能目前來說還存在巨大的挑戰。
圖1. 化學振盪圖案。圖片來源：J. Phys. Chem. 1996, 100, 5393
武漢大學物理科學與技術學院丁濤教授（點擊查看介紹）課題組設計了一種高效的化學能轉化為機械能的複合膠體體系。這個體系是由金納米顆粒（直徑為14納米的金小球）以及巰基羧基封端的聚N異丙基丙烯酰胺（PNIPAM-SHCOOH）組成的。在化學振盪的驅動下（溶液pH值在4.0-7.0之間往復變化），金屬/PNIPAM複合納米顆粒發生持續的組裝與解組裝過程，其等離激元共振隨著pH的振盪也表現出週期性振盪。由於金納米顆粒的存在，該體系將化學能轉化為機械能的效率高達34%，其膨脹釋放的作用力可達28皮牛，遠高於常見的生物系統和人工系統，如肌動蛋白、水凝膠等（典型的肌肉組織能量轉換效率通常只有25%）。這種能量轉化體系（chemomechanical energy transducer）的英文簡稱為CoMET，寓意著它隨pH振盪持續而週期性地進行著，就像哈雷彗星週期性地環繞太陽系一樣（圖2），有望為人工生命和納米機器提供原始驅動力。
圖2. 化學振盪誘導等離激元共振峰的振盪：納米“彗星”（CoMET）體系（學者同行TM供圖）
藉助光學顯微鏡，他們通過溶液顏色的變化以及溶液擴散的波形，更加清楚直觀地觀察到該體系的自組裝與解組裝過程（圖3），從微觀上證實了化學波的存在以及該體系對pH高靈敏的響應特性，為後續在微觀上實現精細調控以及微機械的化學操控打下基礎。
圖3. 化學波傳播圖
這一成果近期發表在ACS Applied Materials & Interfaces 上，文章的第一作者是武漢大學博士研究生鄧芳芳。
Chemoplasmonic Oscillation: A Chemomechanical Energy Transducer
Fangfang Deng, Jiajin Feng, Tao Ding*
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 42580-42585, DOI: 10.1021/acsami.9b13723
導師介紹
丁濤
https://www.x-mol.com/university/faculty/53923
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