刺激响应微结构能够在外部激励的作用下发生可控与可逆变形，从而可以精准的完成微观领域中复杂的任务，在药物递送、微流体操控、功能表界面、智能机器人等新兴领域都展现出了广阔的应用前景。其中磁致微柱因其高柔顺性、非侵入性驱动、优良的生物相容性而表现突出，成为了广受期待与应用的一类结构。

图1. 磁驱微柱的制备方式、变形模式以及应用

  有鉴于此，武汉大学王正直课题组近日在《Advanced Functional Materials》发表了综述论文，对磁驱微柱结构的前沿工作和最新进展，包括其驱动原理、制备工艺、驱动模式以及广阔应用进行了系统性地总结。并对现有研究所面临的一些关键性挑战和未来的发展机遇进行了展望。该综述有望为磁驱微柱结构后续研究工作提供依据和启发。

一、磁驱微柱结构的驱动变形原理 

图2. 磁驱微柱变形示意图

  磁驱微柱的变形依赖于外部磁场在磁性介质上所施加的磁力和磁转矩。如图2A所示，施加梯度磁场时磁性介质所受到的磁场力将使微柱沿磁场方向弯曲。均匀磁场驱动原理如图2B所示，在柱状结构聚合成型之前，施加均匀磁场使磁性介质的磁矩方向与磁场保持一致（当介质为磁性颗粒时，颗粒之间相互吸引形成与磁场方向一致的磁链），通过固化树脂基底将介质的磁矩方向固定，再次施加不同方向的均匀磁场时，磁性介质将向磁场方向转动，使微柱发生弯曲或扭转变形。

二、磁驱微柱结构的制备工艺 

图3. 模板复制法制备磁驱微柱阵列

 图4. 磁性颗粒自组装法制备磁驱微柱阵列

  制备磁驱微柱的关键是将磁性介质嵌入聚合物微柱中，使得微柱能够对磁场激励做出响应。目前主流的制备方式包括模板复制法和磁性颗粒自组装法。如图3所示，模板复制法是将混合了磁性介质的聚合物基质填充到事先制备好的空腔阵列中，固化之后便可得到与空腔具有相同尺寸的磁驱微柱阵列。磁性颗粒自组装法如图4所示，混合在聚合物基质中的磁性颗粒在磁场作用下沿着磁场方向聚集形成圆锥形结构，覆盖在锥形表面的聚合物起到将磁颗粒固定的作用，从而获得磁驱微柱阵列。

三、磁驱微柱阵列的驱动模式 

图5. 同步驱动与异步驱动模式磁驱微柱阵列 

图6. 程序化驱动与可再编程驱动模式磁驱微柱阵列

  根据阵列中具有不同磁致力学响应微柱的排列方式，可以将磁驱微柱阵列的变形模式分为同步、异步、程序化、可再编程驱动模式。异步驱动模式是指相邻微柱之间的变形具有相位差从而可以对微颗粒或微流体形成波状推动作用，具有更高的推动效率。程序化驱动模式是指可以按需将具有不同力学响应的微柱以任意组合的方式组装成阵列，在定向定轨运输与微型图案的加密与解密等新兴领域展现出了应用前景。可再编程驱动模式则可以重构阵列中每根磁柱的变形响应，使得磁致微柱阵列具有可回收性与可重复使用性，降低了磁驱微柱阵列的制备成本。

四、磁驱微柱阵列在微观领域的应用 

图7. 磁驱微柱运输微型颗粒与液滴 

图8. 磁驱微柱操控微流体

图9. 磁驱微柱驱动软体机器人移动

  得益于磁驱微柱驱动原理与制备方式的优化与发展，磁驱微柱的异步驱动模式在微物运输、微流体操控等领域表现出了较高的工作效率，可以满足工业生产的需求。借助外部磁场，磁驱微柱结构也已实现软微机器人的爬行、游泳、抓取和攀爬功能，并验证了在潮湿表面、负重与陡峭障碍物等恶劣环境下的爬行运动。除此之外，磁驱微柱超表面在可调粘附、结构着色、细胞探针、防冰、能源与雾收集等领域的应用也得到了探索与实现。

  论文最后总结了磁驱微柱从目前的实验室概念走向工业生产与日常生活所面临的挑战与机遇。对磁驱微柱未来的发展方向，如新的制备工艺与智能化设计进行了展望，并提出了目前的研究不应局限于实验室内的验证，应当兼顾提高磁驱微柱的工作效率与寿命。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202213350