运动是自然界的普遍现象，受其启发，科研人员开发出了各种仿生微驱动器。其中，尺寸小、结构及运动行为可控、可执行复杂运动的驱动器在生物、医学、材料和环境领域显示出巨大的应用潜力。基于聚合物材料的软体微驱动器，在形状、尺寸和成分等方面具极大的调控性，为微驱动器的结构设计提供更高的自由度， 并聚合物基驱动器具有机械柔性和复杂环境下的形变适应性的优势。然而，当软体驱动器尺寸达到微米尺度范畴时，实现其运动速度与轨迹的动态可控性仍极具挑战性。

图1. 基于温度响应的双向卷曲微折纸结构实现软体驱动器运动行为的调控。

  近日，上海科技大学叶春洪研究员课题组，采用具有温度响应性聚合物聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)和非响应性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成响应层和阻滞层双层薄膜，利用响应刺激下两层之间各向异性的润涨/收缩特性，基于其微折纸形变行为，制备了微米尺度、聚合物基的软体微驱动器。并通过3D构型的切换，实现微驱动器的运动轨迹和速度的动态调控。相关工作以“Soft Micromotors with Switchable Motion Enabled by 3D-to-3D Shape Reconfiguration”为题发表于《Chemistry of Materials》（10.1021/acs.chemmater.3c02979）。

图2. 基于聚合物折纸结构多样化3D 形貌的设计实现对驱动器运动轨迹、速率的切换。

  在此基础上，以上述管状结构为结构单元，设计更为复杂的三维结构，调节微驱动器运动。通过温度调控驱动器管状结构的构形和空间布局，调节气泡的产生方式，获得不同的矢量和推动力，实现对微驱动器运动的速度、轨迹、曲率等行为的有效调节（图2）。所制备的微驱动器尺寸在微米级、三维形貌可调控、运动速度快、运动轨迹具有响应性等特点，可以加速微流控体系中低雷诺数流体混合，有望应用于小型机器人、仿生器件的制备等。且利用聚合物基等软物质作为主体材料，有助于开发具备灵活性和可生物降解性的微驱动器。以上微驱动器设计与运动调控为制备复杂结构的微驱动器提供策略，并为软体微驱动器应用于药物递送、传感监测等领域的应用提供理论基础。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemmater.3c02979