顆粒在線訊：受自然界的啟發(fā)，基于刺激響應(yīng)行為的響應(yīng)型水凝膠致動(dòng)器在軟體機(jī)器人、柔性電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。水凝膠微致動(dòng)器在顯微操作、微機(jī)器人、微流體、智能傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用頗為重要。然而，實(shí)現(xiàn)水凝膠微致動(dòng)器在微納尺度上的精確制備及可控操縱頗具挑戰(zhàn)性。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生智能界面科學(xué)中心有機(jī)納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究員鄭美玲團(tuán)隊(duì)在4D刺激響應(yīng)型仿生水凝膠微致動(dòng)器的制備及應(yīng)用方面取得新進(jìn)展。研究合成了刺激響應(yīng)型光刻膠前驅(qū)體，并結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)制備出4D刺激響應(yīng)型水凝膠微結(jié)構(gòu)。微米級(jí)水凝膠致動(dòng)器表現(xiàn)出快速的pH響應(yīng)，還可通過(guò)pH響應(yīng)來(lái)調(diào)控微顆粒的捕獲和釋放行為。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials Technologies上。

　　飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)響應(yīng)型水凝膠結(jié)構(gòu)微型化的重要手段。該技術(shù)采用飛秒激光作為光源，激光束經(jīng)物鏡聚焦到光刻膠中，基于非線性光學(xué)效應(yīng)，聚合反應(yīng)僅發(fā)生在光子數(shù)密度極高的中心區(qū)域，因此具有高精度、真三維的特點(diǎn)。研究利用刺激響應(yīng)型光刻膠，優(yōu)化飛秒激光直寫(xiě)參數(shù)及激光加工路徑，獲得了響應(yīng)行為可控的4D水凝膠微結(jié)構(gòu)。研究改變激光加工參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)水凝膠微結(jié)構(gòu)局部區(qū)域的交聯(lián)密度，從而獲得可控的pH響應(yīng)行為，變形時(shí)間短至1.2秒，恢復(fù)時(shí)間為0.3秒。在此基礎(chǔ)上，科研人員受捕蠅草捕獲行為的啟發(fā)，設(shè)計(jì)并加工了仿生不對(duì)稱水凝膠微致動(dòng)器，通過(guò)pH觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)和調(diào)節(jié)了其形狀變化，捕獲了單個(gè)或多個(gè)微顆粒，并可控地實(shí)現(xiàn)了微顆粒的同時(shí)釋放或順次釋放。

　　研究團(tuán)隊(duì)對(duì)仿生水凝膠微致動(dòng)器的控制操縱將增加精確捕獲和釋放微小物體的潛力，使智能水凝膠微致動(dòng)器的制備成為可能。這種微致動(dòng)器在軟體機(jī)器人、微傳感器和微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）等研究領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

　　該成果是科研團(tuán)隊(duì)前期一系列3D仿生水凝膠工作的拓展（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 24, 27796-27805/2019, 11, 1782-1789/2017, 9, 42247-42257；Nanomaterials 2021, 11, 2325；Appl. Surf. Sci. 2017, 416, 273-280.；J. Mater. Chem. B 2015, 3, 8486-8491.；Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 5031-5039）。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中科院國(guó)際伙伴計(jì)劃等的支持。

刺激響應(yīng)型水凝膠微致動(dòng)器的設(shè)計(jì)與制備

水凝膠微致動(dòng)器對(duì)于雙微粒的可控釋放