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復旦大學崔繼齋青年研究員 Adv. Mater.:一種具有超快響應和大彎曲角度的光波導微型驅動器
2025-02-20  來源:高分子科技

  軟驅動器作為一種具有巨大潛力的技術,廣泛應用于軟夾具、人工肌肉和仿生系統等領域,能夠在光、溫度、磁場和電場等多種外部刺激下實現精準變形。其中,光致驅動具有顯著優勢,能夠遠程精確控制,并且具有波長、偏振和強度等多種可調參數。然而,傳統基于自由空間光的驅動方式面臨光散射、吸收和折射等問題的制約,限制了其在復雜環境中的應用。


  光纖作為一種柔性波導,提供了低衰減的光傳播路徑,避免了介質界面帶來的散射和折射。因此,基于光纖的光驅動器能夠在此前無法到達的地方發揮作用,例如通過彎曲導管在體內進行精準操作。盡管光驅動器和光纖技術已有諸多研究進展,但它們的有效集成仍然面臨諸多困難。通常,光驅動器需要較薄的結構才能實現快速響應和大幅度變形,然而現有的驅動器與光纖的集成方法通常要求二者尺寸相當,使得驅動器的厚度在幾十到幾百微米尺度,大大限制了驅動器的性能。



  針對這一難題,復旦大學崔繼齋研究團隊設計了一種基于水凝膠和納米金薄膜雙層異質結構的微驅動,成功將2微米厚的超薄驅動器通過自卷曲的方式固定在錐形光纖尖端(圖1)。這種超薄水凝膠具有具有極低的彎曲剛度,并能夠在相變過程中快速吸收和釋放水分子,使光波導驅動在超快的響應時間(0.55秒)內展現出超大的彎曲角度顯著的彎曲角度(>800°。憑借這一特性該驅動器在微尺度成功捕獲了快速游動的衣藻和草履蟲,實現了微納機械對于微生物的精準操控,進一步展示了可編程的非往復運動,能夠有效非接觸式操縱酵母細胞


1. 光波導微型驅動器的系統設計以及對衣藻和草履蟲的精準捕獲


  該研究為微尺度操作提供了多功能平臺,展現出在生物醫學應用中的廣泛前景。未來,波導微驅動器可與納米傳感器集成,應用于微尺度生物細胞研究,或與導管技術結合,實現更復雜的體內微觀操作。這項技術在封閉環境中,尤其是無法進行自由空間光照明的情況下,具有廣泛的應用潛力。


  該成果以“Waveguide Microactuators Self-Rolled Around an Optical Fiber Taper”為題發表于期刊《Advanced Materials》。本論文第一作者為復旦大學材料科學系博士生宗旸,復旦大學材料科學系崔繼齋青年研究員為論文的通訊作者。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市科委等項目的資助和支持。


  原文鏈接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202418316


  團隊招聘:崔繼齋,復旦大學材料科學系青年研究員,國家海外優青。以第一/通訊作者發表于NatureNat. Commun.Adv. Mater.等雜志,主持國家重點研發計劃(青年科學家)等重點科研項目。


  因科研工作需要,團隊正面向海內外誠招博士后和科研助理,歡迎有意從事微納米機器人、超材料、磁性微電子器件等研究的青年才俊加盟。Email: jzcui@fudan.edu.cn

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(責任編輯:xu)
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