自驱动纳米颗粒可能会促进药物输送和芯片实验室系统的发展——但它们很容易因随机、无方向的运动而失控。现在，一个国际研究小组已经开发出一种控制合成颗粒的方法。

在宾夕法尼亚州立大学生物医学工程、化学和数学系的 Dorothy Foehr Huck 和 J. Lloyd Huck 讲座教授Igor Aronson的带领下 ，该团队将纳米颗粒重新设计成螺旋桨形状，以更好地控制它们的运动并增强它们的功能。他们在《Small》杂志上发表了他们的研究结果 。

宾夕法尼亚州立大学化学博士生、该论文的第一作者阿什莉·麦戈文 (Ashlee McGovern) 表示，由于制造方面的挑战，纳米颗粒的形状此前仅限于棒状和甜甜圈状。麦戈文利用宾夕法尼亚州立大学 材料研究所的一台可以进行纳米级 3D 打印的纳米划线机，进行了优化纳米颗粒形状的实验。她将粒子的形状重新设计成螺旋桨，当化学反应或磁场触发时，螺旋桨可以有效地旋转。

螺旋桨形状采用手性，类似于螺旋或螺旋楼梯，其中顶面与底面镜像。

“形状预先决定了粒子将如何移动，”麦戈文说。“手性或旋手性作为一种设计特征在纳米粒子研究中尚未得到充分利用，它是一种使粒子以越来越复杂的方式移动的方法。”

手性形状允许颗粒沿指定方向移动，并且根据叶片的倾斜度，在纳米颗粒中的金属与过氧化氢之间的化学反应的推动下顺时针或逆时针旋转。

在对不同数量、角度以及不同厚度的翅片进行实验后，研究人员发现，使用四个或更多倾斜 20 度且厚度为 3.3 微米的翅片可实现最大程度的稳定性。如果翅片数量为三个或更少，螺旋桨就会表现出不受控制的运动。

增强的控制使研究人员能够操纵颗粒来捕获和运输聚合物货物颗粒。

“利用磁场，我们可以操纵微型螺旋桨来追捕和收集货物颗粒，”麦戈文说。“我们实验室的棒状和环形纳米粒子会意外地拾取货物，但不是以任何受控的方式。”

为了进一步控制粒子的运动，研究人员操纵微型螺旋桨的旋转方向。

“利用粒子产生的内置流动，我们可以控制两个螺旋桨之间的粒子间相互作用，”麦戈文说。“将旋转方向从逆时针切换到顺时针，反之亦然，可以使两个螺旋桨相互吸引或排斥。”

阿伦森是麦戈文工作的活性生物材料实验室的负责人 ，他强调了这项研究的未来影响。

“利用定制的机械、磁性和化学反应，我们可以对这些纳米粒子施加比以往更多的控制，”阿伦森说。“将来，我们可以利用这种控制将该技术应用于微型设备或微型机器人的设计概念。”

除了麦戈文和阿伦森之外，合著者还包括多伦多大学的 Mu-Jie Huang 和 Raymond Kapral 以及黑龙江科技大学的 Jiyuan Wang，他们贡献了模拟工作来支持实验研究。