近日，香港中文大學(xué)（中大）教授張立團(tuán)隊(duì)同合作者，在國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金等項(xiàng)目的資助下，成功研發(fā)磁性軟材料逆向編程技術(shù)，通過(guò)精準(zhǔn)的磁化編程，讓不同材料可在磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)及制作個(gè)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(fù)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(jìn)行如醫(yī)療貼片等標(biāo)靶治療程序時(shí)會(huì)產(chǎn)生不少困難。該技術(shù)有望應(yīng)用于資訊儲(chǔ)存、開(kāi)發(fā)仿生軟體機(jī)器人，以及精準(zhǔn)醫(yī)療科技的發(fā)展。
據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)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(guò)程中發(fā)揮重要作用。例如，人體的皮膚和肌肉會(huì)隨著環(huán)境及動(dòng)作改變形狀。然而，由于磁性相互作用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)材料變形設(shè)計(jì)及組成的算法需求什高。傳統(tǒng)的算法，需要花費(fèi)大量時(shí)間和資源進(jìn)行磁性軟材料的模擬和模組設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
為突破此技術(shù)瓶頸，張立團(tuán)隊(duì)與哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）教授金東東、馬星，以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(guò)精準(zhǔn)調(diào)控光源，實(shí)現(xiàn)磁性軟材料的精準(zhǔn)編程，讓材料在磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下靈活準(zhǔn)確地建構(gòu)指定的三維曲面。
研究團(tuán)隊(duì)先制備出一種摻雜磁性顆粒的水凝膠材料，并開(kāi)發(fā)一種光固化3D打印技術(shù)。在3D打印過(guò)程中，透過(guò)精確調(diào)節(jié)光源的強(qiáng)度分布，可以將磁性水凝膠暫時(shí)從二維轉(zhuǎn)變?yōu)槿S形狀，并通過(guò)施加脈沖磁場(chǎng)，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(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下呈現(xiàn)不同的三維形狀。此外，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種光源設(shè)計(jì)算法，通過(guò)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(dòng)下準(zhǔn)確形成目標(biāo)中的三維形狀。這項(xiàng)發(fā)明大幅降低磁性軟材料編程的復(fù)雜性，同時(shí)提升精準(zhǔn)度和效率。
論文第一作者、香港中文大學(xué)（中大）博士夏能表示，透過(guò)對(duì)光源的精確調(diào)節(jié)，研發(fā)成果更可應(yīng)用在人臉復(fù)制、資訊儲(chǔ)存，及研發(fā)仿生軟體機(jī)器人。團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步推進(jìn)磁性軟材料的研究，拓展其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，期望以發(fā)明回饋學(xué)術(shù)界及社會(huì)，推動(dòng)創(chuàng)新科技發(fā)展。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s44160-025-00746-2
本文鏈接：http://www.020gz.com.cn/news-8-2114-0.html學(xué)者成功研發(fā)出磁性軟材料逆向編程技術(shù)
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