复旦大学研制出超快响应光波导微型驱动器，实现微生物精准操控
软驱动器技术在软夹具、人工肌肉和仿生系统等领域潜力巨大，其精准变形能力依赖于光、温度、磁场和电场等外部刺激。其中，光致驱动因其远程精确控制和波长、偏振及强度可调等优势备受关注。然而，传统基于自由空间光的驱动方式受限于光散射、吸收和折射等问题，难以在复杂环境中应用。
光纤作为柔性波导，提供低衰减的光传播路径，有效避免了介质界面带来的散射和折射。因此，基于光纤的光驱动器能够在以往难以触及的区域发挥作用，例如在弯曲导管内进行体内精准操作。
尽管光驱动器和光纤技术发展迅速，但二者的有效集成仍面临挑战。高性能光驱动器通常需要薄型结构以实现快速响应和大幅度变形，而现有集成方法往往要求驱动器与光纤尺寸相当，导致驱动器厚度达几十到几百微米，限制了其性能发挥。
近期，复旦大学材料科学系崔继斋/梅永丰课题组突破性地利用薄膜自卷曲技术，将高性能超薄驱动器卷绕在锥形光纤波导尖端，成功研制出一种超快响应、大弯曲角度的光波导微型驱动器，并实现了对快速运动微生物的精准捕获。该研究成果已发表于《先进材料》（Advanced Materials）期刊。
图1. 光波导微型驱动器的系统设计及对衣藻和草履虫的精准捕获。
该研究采用水凝胶和纳米金薄膜双层异质结构的微驱动器，通过自卷曲方式将仅2微米厚的超薄驱动器固定在锥形光纤尖端（图1）。这种超薄水凝胶具有极低的弯曲刚度，并在相变过程中快速吸收和释放水分子，使光波导微驱动器在0.55秒内实现超过800°的大弯曲角度。凭借这一特性，该驱动器成功捕获了快速游动的衣藻和草履虫，实现了对微生物的精准操控，并展现了可编程的非往复运动能力，可有效非接触式操纵酵母细胞等。
这项研究为微尺度操作提供了多功能平台，在生物医学领域展现出广阔应用前景。未来，该光波导微驱动器可与纳米传感器集成，应用于微尺度生物细胞研究；或与导管技术结合，实现更复杂的体内微观操作。尤其是在封闭环境或无法进行自由空间光照明的条件下，该技术具有广泛的应用潜力。
论文第一作者为材料科学系博士生宗旸，通讯作者为崔继斋青年研究员。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委等项目的资助。
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