自驱动微纳米马达是一种微纳米尺度的机器,它能够将周围环境中的化学能、热能等能量转化为动能从而实现自推进运动。这些微纳米机器有能力以自主的、有针对性和选择性的方式去执行一些关键任务,在癌症诊断、药物靶向输运、水质修复等方面有着诸多应用前景。本文采用介观模拟方法做了两部分的研究,一部分讨论了斑图微通道作为化学芯片,控制微纳米马达进行定向运动的性质,另一部分讨论了周期性振荡的活性环境下微纳米马达动力学的特性。目前,在实验上对微纳米马达的研究主要是制备各种类型的活性粒子并探索它们在的动力学行为,例如实验已经实现金-铂微棒、金-镍微棒以及Janus粒子在过氧化氢水溶液中的自推进运动,但受限于马达微小的尺寸及所处环境的强涨落行为,实验的精细研究有一些困难。而在模拟中则可以不受实验条件的限制,在各种复杂环境中研究马达动力学性质,例如环境中的障碍物、势阱和活化程度等对马达聚集的影响。本文第一章对自驱动马达的进展情况和开展的研究做了简要的介绍。第二章介绍了本文所用的数值模拟方法与基本粒子模型:是一种结合分子动力学(MD)和多粒子碰撞动力学(MPC)建立的通过化学反应进行自驱动的球形二聚物马达的动力学模型,在我们的模型中溶液粒子是显性的。在第三章中,我们采用MD—MPC模拟方法构造了化学斑图芯片,研究了利用斑图芯片控制微纳米马达进行定向输运的性质。在这一章里介绍并研究了活化的斑图环境对活性物质的控制作用。斑图微芯片装置由充满燃料粒子的化学带状通道组成,这些通道可以在实验中通过时空斑图的化学表面反应等方法来实现。通过建立纳米二聚物马达在微通道中的传输动力学模型,我们研究了不同的二聚物马达面积分数和半径对马达输运效果的影响,结果发现二聚物马达的面积分数和半径的增加都降低了马达的首次巡航时间(第一个马达到达终点的时间),但其机理不同:面积分数影响着接触和进入微通道的概率,而半径决定了化学通道内部的自推进力。研究结果表明马达的输运效率更容易受颗粒大小的影响。在第四章中,我们用MD—MPC方法模拟研究了在周期性振荡的活性环境中微纳米马达的动力学。由于浓度梯度和流体动力耦合与马达之间的相互作用,这些马达的集体运动受到环境的振荡特性的影响很大。我们建立了振荡介质中球形纳米二聚物马达的动力学模型并进行数值模拟研究,研究结果表明了环境中化学物质浓度周期性的振荡变化是如何引起马达运动团簇周期性的分散和聚集变化的。本章分析了马达形成团簇的动力学过程、周期性变化的推进和扩散行为以及瞬时形成团簇的结构,并在相图中给出了马达团簇聚集的转变速率与二聚物马达密度和环境中化学物质浓度变化的振荡频率的关系。本文的研究与结果能为设计传输微纳米级物体的微流控集成器件提供一定的参考与帮助,有助于二聚物马达在复杂活性介质中自组装的应用。