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  仿生智能驅(qū)動(dòng)器因能模仿自然界生物在外界刺激下改變形態(tài)、顏色和運(yùn)動(dòng)行為，故在軟體機(jī)器人、人機(jī)界面和生物醫(yī)學(xué)器件等新興領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大應(yīng)用潛力。近年來，盡管基于合成聚合物的智能驅(qū)動(dòng)器取得了廣泛進(jìn)展，但它們在可再生、可持續(xù)和生物安全性方面仍面臨挑戰(zhàn)；雖然基于天然聚合物的驅(qū)動(dòng)器與自然生物系統(tǒng)的組織成分更為接近，但這類聚合物中大量存在的氫鍵作用導(dǎo)致其驅(qū)動(dòng)行為較為單一。作為一類典型的天然聚合物，淀粉因可再生、生物相容好且可降解，故在生物醫(yī)學(xué)、食品等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景，且其分子鏈中存在的大量強(qiáng)氫鍵使其具備獨(dú)特的糊化特性，但與此同時(shí)，也限制了其驅(qū)動(dòng)行為；雖通過化學(xué)改性或者引入合成聚合物等方式調(diào)控氫鍵可賦予其優(yōu)異的驅(qū)動(dòng)特性，但這不可避免地影響淀粉再生特性和生物安全性等優(yōu)異性能。

  近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院杜學(xué)敏研究員團(tuán)隊(duì)，基于淀粉豐富的氫鍵和獨(dú)特的糊化特征，提出了新的氫鍵介導(dǎo)策略并成功構(gòu)建仿含羞草的高靈敏、多重響應(yīng)淀粉基智能驅(qū)動(dòng)器：未糊化淀粉基驅(qū)動(dòng)器通過光熱觸發(fā)淀粉局部糊化——淀粉顆粒分子間氫鍵不可逆“解鎖”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜形態(tài)的不可逆光控編輯；糊化后的淀粉基驅(qū)動(dòng)器在低濕（~10.2 %）、近人體體溫（~ 37 ℃）或低強(qiáng)度光照（0.42 W cm^-2）觸發(fā)下淀粉分子間氫鍵可逆“解鎖”， 即可成功實(shí)現(xiàn)糊化淀粉基驅(qū)動(dòng)器的高靈敏、多重驅(qū)動(dòng)功能。這類基于天然高分子材料的智能驅(qū)動(dòng)器在人工含羞草、智能燈罩、智能食品等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。

圖 1. 非糊化/糊化淀粉基驅(qū)動(dòng)器制備及驅(qū)動(dòng)原理

圖 2. 非糊化淀粉基驅(qū)動(dòng)器光程控形變原理及效果

圖 3. 糊化淀粉基驅(qū)動(dòng)器多重響應(yīng)原理及效果

圖 4.淀粉基驅(qū)動(dòng)器傳感、驅(qū)動(dòng)應(yīng)用及可降解特性

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202304634

通訊作者簡介

  杜學(xué)敏，博士，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院智能醫(yī)用材料與器械研究中心主任、研究員，國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者；入選中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員、廣東省“特支計(jì)劃”科技創(chuàng)新青年拔尖人才、深圳市杰青；被遴選為國際仿生工程學(xué)會(huì)青年委員、中國微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)微納執(zhí)行器與微系統(tǒng)分會(huì)理事、中國復(fù)合材料學(xué)會(huì)智能復(fù)合材料專業(yè)委員會(huì)委員；擔(dān)任Research期刊Associate Editor，The Innovation等期刊青年編委。近年來，以負(fù)責(zé)人身份主持國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題”課題、基金委國際合作、廣東省重點(diǎn)、深圳市杰青等項(xiàng)目多項(xiàng)，相關(guān)成果以第一及通訊作者（含共同）發(fā)表于Science Advances、Matter、Advanced Materials、ACS Nano、Advanced Functional Materials、National Science Review等期刊，已獲授權(quán)專利20余項(xiàng)。主要從事智能高分子材料、生物界面、穿戴/植入生物器件（如組織工程支架、生物電子、柔性傳感與驅(qū)動(dòng)器）研究。

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