Nanoscopic Imaging of Self-Propelled Ultrasmall Catalytic Nanomotors

纳米尺度 纳米医学 纳米技术 材料科学 纳米制造 纳米颗粒
作者
Zhiheng Lyu,Lehan Yao,Zhisheng Wang,Qian Chang,Zuochen Wang,Jiahui Li,Chang Liu,Yufeng Wang,Qian Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (22): 14231-14243 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c12590
摘要

Ultrasmall nanomotors (<100 nm) are highly desirable nanomachines for their size-specific advantages over their larger counterparts in applications spanning nanomedicine, directed assembly, active sensing, and environmental remediation. While there are extensive studies on motors larger than 100 nm, the design and understanding of ultrasmall nanomotors have been scant due to the lack of high-resolution imaging of their propelled motions with orientation and shape details resolved. Here, we report the imaging of the propelled motions of catalytically powered ultrasmall nanomotors─hundreds of them─at the nanometer resolution using liquid-phase transmission electron microscopy. These nanomotors are Pt nanoparticles of asymmetric shapes ("tadpoles" and "boomerangs"), which are colloidally synthesized and observed to be fueled by the catalyzed decomposition of NaBH4 in solution. Statistical analysis of the orientation and position trajectories of fueled and unfueled motors, coupled with finite element simulation, reveals that the shape asymmetry alone is sufficient to induce local chemical concentration gradient and self-diffusiophoresis to act against random Brownian motion. Our work elucidates the colloidal design and fundamental forces involved in the motions of ultrasmall nanomotors, which hold promise as active nanomachines to perform tasks in confined environments such as drug delivery and chemical sensing.
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