運動是自然界的普遍現(xiàn)象，受其啟發(fā)，科研人員開發(fā)出了各種仿生微驅動器。其中，尺寸小、結構及運動行為可控、可執(zhí)行復雜運動的驅動器在生物、醫(yī)學、材料和環(huán)境領域顯示出巨大的應用潛力。基于聚合物材料的軟體微驅動器，在形狀、尺寸和成分等方面具極大的調控性，為微驅動器的結構設計提供更高的自由度， 并聚合物基驅動器具有機械柔性和復雜環(huán)境下的形變適應性的優(yōu)勢。然而，當軟體驅動器尺寸達到微米尺度范疇時，實現(xiàn)其運動速度與軌跡的動態(tài)可控性仍極具挑戰(zhàn)性。
圖1. 基于溫度響應的雙向卷曲微折紙結構實現(xiàn)軟體驅動器運動行為的調控。
近日，上？萍即髮W葉春洪研究員課題組，采用具有溫度響應性聚合物聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)和非響應性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)組成響應層和阻滯層雙層薄膜，利用響應刺激下兩層之間各向異性的潤漲/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動器。并通過3D構型的切換，實現(xiàn)微驅動器的運動軌跡和速度的動態(tài)調控。相關工作以“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. 基于聚合物折紙結構多樣化3D 形貌的設計實現(xiàn)對驅動器運動軌跡、速率的切換。
在此基礎上，以上述管狀結構為結構單元，設計更為復雜的三維結構，調節(jié)微驅動器運動。通過溫度調控驅動器管狀結構的構形和空間布局，調節(jié)氣泡的產(chǎn)生方式，獲得不同的矢量和推動力，實現(xiàn)對微驅動器運動的速度、軌跡、曲率等行為的有效調節(jié)（圖2）。所制備的微驅動器尺寸在微米級、三維形貌可調控、運動速度快、運動軌跡具有響應性等特點，可以加速微流控體系中低雷諾數(shù)流體混合，有望應用于小型機器人、仿生器件的制備等。且利用聚合物基等軟物質作為主體材料，有助于開發(fā)具備靈活性和可生物降解性的微驅動器。以上微驅動器設計與運動調控為制備復雜結構的微驅動器提供策略，并為軟體微驅動器應用于藥物遞送、傳感監(jiān)測等領域的應用提供理論基礎。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemmater.3c02979
