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本報(bào)訊（記者朱漢斌）香港中文大學(xué)教授張立團(tuán)隊(duì)與合作者成功研發(fā)磁性軟材料逆向編程技術(shù)，通過精準(zhǔn)的磁化編程，讓不同材料在磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下建構(gòu)成指定形狀的三維曲面。該技術(shù)有望幫助醫(yī)療人員按患者消化道的形態(tài)設(shè)計(jì)、制作個(gè)人化醫(yī)療貼片，能與器官表面緊密貼合，從而提升治療效果。相關(guān)研究近日發(fā)表于《自然-合成》。
人體器官大多具有復(fù)雜的三維形貌，以消化道為例，其表面存在大量褶皺結(jié)構(gòu)，在醫(yī)療貼片等標(biāo)靶治療中存在不少困難。研究團(tuán)隊(duì)從自然界獲得靈感，發(fā)現(xiàn)生物軟組織可以自由改變?yōu)槿S曲面形態(tài)。例如，人的皮膚和肌肉會(huì)隨環(huán)境及動(dòng)作改變形狀。但由于磁性相互作用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料變形設(shè)計(jì)及組成的算法需求很高，傳統(tǒng)算法需要耗費(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)。 為此，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)出新的磁性軟材料逆向編程技術(shù)，通過精準(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)制備出一種摻雜磁性顆粒的水凝膠材料，并開發(fā)出一種光固化3D打印技術(shù)。在3D打印過程中，通過精確調(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)開發(fā)了一種光源設(shè)計(jì)算法，通過調(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。該方法在大幅降低磁性軟材料編程復(fù)雜性的同時(shí)，提高了精準(zhǔn)度和效率。 研究人員表示，上述成果可應(yīng)用于人臉復(fù)制、信息儲(chǔ)存及仿生軟體機(jī)器人研發(fā)。 相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1038/s44160-025-00746-2 《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2025-02-28 第1版 要聞)
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