「前沿技术」光驱动的水凝胶微致动器

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瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员受肌肉启发，用金纳米棒和水凝胶制成纳米致动器，可用于构建柔性微机电系统、软体机器人等。

图1 纳米致动器结构

水凝胶的可塑性和组织相容性好，在生物工程领域有重要应用前景，目前存在的主要问题是机械性能较差。研究人员利用可控胶体自组装、等离激元纳米换能器和原位聚合技术，用水凝胶构建出柔性微机电系统。制备时，先在金纳米棒上涂覆热敏pNIPMAM水凝胶，形成直径约400nm的纳米致动器。其中，金纳米棒表面涂有十六烷基三甲基溴化铵，可在硝酸银作用下高效吸收近红外光而发热，使水凝胶快速收缩，光照消失后水凝胶恢复原状。这种纳米致动器刚度约4.8±2.1 kPa，相对行程达0.3，产生的应力达到10 kPa，性能与工程生物肌肉接近。向纳米致动器溶液中添加戊二醛后，还能使多个纳米执行器自组装成直径约50μm的微致动器。

这项研究的水凝胶微致动器可在近红外光照射下收缩，驱动阀门、连杆等机构，组合成光驱动的软体机器人，还可用作人体植入物，刺激特定组织或靶向输送药物。

（蓝海星）