運動是自然界的普遍現象，受其啟發，科研人員開發出了各種仿生微驅動器。其中，尺寸小、結構及運動行為可控、可執行復雜運動的驅動器在生物、醫學、材料和環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境下的形變適應性的優勢。然而，當軟體驅動器尺寸達到微米尺度范疇時，實現其運動速度與軌跡的動態可控性仍極具挑戰性。
圖1. 基于溫度響應的雙向卷曲微折紙結構實現軟體驅動器運動行為的調控。
近日，上海科技大學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，實現微驅動器的運動軌跡和速度的動態調控。相關工作以“Soft Micromotors with Switchable Motion Enabled by 3D-to-3D Shape Reconfiguration”為題發表于《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，調節氣泡的產生方式，獲得不同的矢量和推動力，實現對微驅動器運動的速度、軌跡、曲率等行為的有效調節（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
