近日，香港中文大學（中大）教授張立團隊同合作者，在國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目的資助下，成功研發(fā)磁性軟材料逆向編程技術(shù)，通過精準的磁化編程，讓不同材料可在磁場的驅(qū)動下建構(gòu)成指定形狀的三維曲面。相關(guān)研究發(fā)表于《自然-合成》（Nature Synthesis）。
“我們研發(fā)的磁性軟材料逆向編程技術(shù)，有望幫助醫(yī)療人員按患者消化道的形態(tài)，設計及制作個人化醫(yī)療貼片，與受影響器官表面緊密貼合，從而提升治療效果。”論文通訊作者張立表示，人體的器官大多具有復雜的三維形貌，以消化道為例，其表面存在著大量的褶皺結(jié)構(gòu)，在進行如醫(yī)療貼片等標靶治療程序時會產(chǎn)生不少困難。該技術(shù)有望應用于資訊儲存、開發(fā)仿生軟體機器人，以及精準醫(yī)療科技的發(fā)展。
據(jù)介紹，研究團隊從自然界獲得靈感，他們發(fā)現(xiàn)生物的軟組織可以自由改變?yōu)槿S曲面形態(tài)，在維持生命及健康的過程中發(fā)揮重要作用。例如，人體的皮膚和肌肉會隨著環(huán)境及動作改變形狀。然而，由于磁性相互作用結(jié)構(gòu)復雜，對材料變形設計及組成的算法需求什高。傳統(tǒng)的算法，需要花費大量時間和資源進行磁性軟材料的模擬和模組設計，是一項極具挑戰(zhàn)性的任務。
為突破此技術(shù)瓶頸，張立團隊與哈爾濱工業(yè)大學（深圳）教授金東東、馬星，以及中國科學技術(shù)大學教授王柳合作，研發(fā)出嶄新的磁性軟材料逆向編程技術(shù)，透過精準調(diào)控光源，實現(xiàn)磁性軟材料的精準編程，讓材料在磁場的驅(qū)動下靈活準確地建構(gòu)指定的三維曲面。
研究團隊先制備出一種摻雜磁性顆粒的水凝膠材料，并開發(fā)一種光固化3D打印技術(shù)。在3D打印過程中，透過精確調(diào)節(jié)光源的強度分布，可以將磁性水凝膠暫時從二維轉(zhuǎn)變?yōu)槿S形狀，并通過施加脈沖磁場，將變形后的磁性軟材料磁化，形成各向異性的磁疇分布，使其能夠在外界磁場的驅(qū)動下呈現(xiàn)不同的三維形狀。此外，研究團隊開發(fā)了一種光源設計算法，通過調(diào)節(jié)光源以精確控制磁性軟材料的打印，使打印后的材料在磁驅(qū)動下準確形成目標中的三維形狀。這項發(fā)明大幅降低磁性軟材料編程的復雜性，同時提升精準度和效率。
論文第一作者、香港中文大學（中大）博士夏能表示，透過對光源的精確調(diào)節(jié)，研發(fā)成果更可應用在人臉復制、資訊儲存，及研發(fā)仿生軟體機器人。團隊將進一步推進磁性軟材料的研究，拓展其在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用，期望以發(fā)明回饋學術(shù)界及社會，推動創(chuàng)新科技發(fā)展。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s44160-025-00746-2
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