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2026

3D打印低电压驱动纤毛水凝胶微致动器

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马克斯·普朗克智能系统研究所 Metin Sitti、Wenqi Hu 团队展示了一种此前未被发现的微米级水凝胶的快速电响应，该响应可在低至 1.5 V 的电压下诱导产生，且无需水解。这种弯曲运动是由离子在纳米级水凝胶网络中的迁移驱动的，该网络采用双光子聚合技术进行 3D 打印，且可在毫秒内完成。基于这些发现，作者打印了一种由柔软的丙烯酸-丙烯酰胺共聚 (AAc-co-AAm) 水凝胶（模量约为 1000 Pa）构成的凝胶微纤毛阵列，该阵列可在毫秒内响应电刺激。每个微纤毛的直径为 2–10 µm，高度为 18–90 µm，可实现高达 40 Hz 的三维旋转弯曲运动，模拟了天然纤毛的几何形状和动力学特性。这些凝胶微纤毛在连续 33 万次驱动循环后仍能保持功能，性能衰减小于 30%。这种凝胶微纤毛阵列可以集成在柔性聚酰亚胺基底上，并可利用传统光刻技术进行大规模制造。它们还可以通过微电极阵列实现独立的动态控制，并可在微米尺度上实现流体操控和颗粒输送。

研究成果于 2026 年 1 月 14 日以题为“3D-printed low-voltage-driven ciliary hydrogel microactuators”发表在《Nature》上。