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)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)。

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1.2s，恢復(fù)時(shí)間為0.3s。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。