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  運(yùn)動(dòng)是自然界的普遍現(xiàn)象，受其啟發(fā)，科研人員開發(fā)出了各種仿生微驅(qū)動(dòng)器。其中，尺寸小、結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)行為可控、可執(zhí)行復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器在生物、醫(yī)學(xué)、材料和環(huán)境領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。基于聚合物材料的軟體微驅(qū)動(dòng)器，在形狀、尺寸和成分等方面具極大的調(diào)控性，為微驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更高的自由度， 并聚合物基驅(qū)動(dòng)器具有機(jī)械柔性和復(fù)雜環(huán)境下的形變適應(yīng)性的優(yōu)勢(shì)。然而，當(dāng)軟體驅(qū)動(dòng)器尺寸達(dá)到微米尺度范疇時(shí)，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)速度與軌跡的動(dòng)態(tài)可控性仍極具挑戰(zhàn)性。

圖1. 基于溫度響應(yīng)的雙向卷曲微折紙結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軟體驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)行為的調(diào)控。

  近日，上�？萍即髮W(xué)葉春洪研究員課題組，采用具有溫度響應(yīng)性聚合物聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)和非響應(yīng)性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)組成響應(yīng)層和阻滯層雙層薄膜，利用響應(yīng)刺激下兩層之間各向異性的潤(rùn)漲/收縮特性，基于其微折紙形變行為，制備了微米尺度、聚合物基的軟體微驅(qū)動(dòng)器。并通過3D構(gòu)型的切換，實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度的動(dòng)態(tài)調(diào)控。相關(guān)工作以“Soft Micromotors with Switchable Motion Enabled by 3D-to-3D Shape Reconfiguration”為題發(fā)表于《Chemistry of Materials》（10.1021/acs.chemmater.3c02979）。

圖2. 基于聚合物折紙結(jié)構(gòu)多樣化3D 形貌的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)軌跡、速率的切換。

  在此基礎(chǔ)上，以上述管狀結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)單元，設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)微驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。通過溫度調(diào)控驅(qū)動(dòng)器管狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)形和空間布局，調(diào)節(jié)氣泡的產(chǎn)生方式，獲得不同的矢量和推動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)微驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的速度、軌跡、曲率等行為的有效調(diào)節(jié)（圖2）。所制備的微驅(qū)動(dòng)器尺寸在微米級(jí)、三維形貌可調(diào)控、運(yùn)動(dòng)速度快、運(yùn)動(dòng)軌跡具有響應(yīng)性等特點(diǎn)，可以加速微流控體系中低雷諾數(shù)流體混合，有望應(yīng)用于小型機(jī)器人、仿生器件的制備等。且利用聚合物基等軟物質(zhì)作為主體材料，有助于開發(fā)具備靈活性和可生物降解性的微驅(qū)動(dòng)器。以上微驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)調(diào)控為制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微驅(qū)動(dòng)器提供策略，并為軟體微驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用于藥物遞送、傳感監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemmater.3c02979