磁性软材料逆向编程技术研发成功

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本报讯（记者朱汉斌）香港中文大学教授张立团队与合作者成功研发磁性软材料逆向编程技术，通过精准的磁化编程，让不同材料在磁场的驱动下建构成指定形状的三维曲面。该技术有望帮助医疗人员按患者消化道的形态设计、制作个人化医疗贴片，能与器官表面紧密贴合，从而提升治疗效果。相关研究近日发表于《自然-合成》。
人体器官大多具有复杂的三维形貌，以消化道为例，其表面存在大量褶皱结构，在医疗贴片等标靶治疗中存在不少困难。研究团队从自然界获得灵感，发现生物软组织可以自由改变为三维曲面形态。例如，人的皮肤和肌肉会随环境及动作改变形状。但由于磁性相互作用结构复杂，材料变形设计及组成的算法需求很高，传统算法需要耗费大量时间和资源进行磁性软材料的模拟和模组设计。
为此，张立团队与哈尔滨工业大学（深圳）教授金东东、马星以及中国科学技术大学教授王柳合作，研发出新的磁性软材料逆向编程技术，通过精准调控光源实现磁性软材料的精准编程，让材料在磁场的驱动下灵活准确地建构指定的三维曲面。
研究团队制备出一种掺杂磁性颗粒的水凝胶材料，并开发出一种光固化3D打印技术。在3D打印过程中，通过精确调节光源的强度分布，可以将磁性水凝胶暂时从二维转变为三维形状，并通过施加脉冲磁场，将变形后的磁性软材料磁化，形成各向异性的磁畴分布，使其能够在外界磁场的驱动下呈现不同的三维形状。此外，研究团队开发了一种光源设计算法，通过调节光源以精确控制磁性软材料的打印，使打印后的材料在磁驱动下准确形成目标中的三维形状。该方法在大幅降低磁性软材料编程复杂性的同时，提高了精准度和效率。
研究人员表示，上述成果可应用于人脸复制、信息储存及仿生软体机器人研发。
相关论文信息：
10.1038/s44160-025-00746-2