全球首個仿人工纖毛系統面世
美 子 |
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中國香港科技大學的研究團隊成
功研發全球首個仿生人工纖毛系統
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水凝膠微纖毛陣列的動態彎曲運
動示意圖
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電驅動水凝膠微型致動器的製備、運
作機制及裝置示意圖。
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| 全球首個仿人工纖毛系統面世 中國香港科技大學早前發佈消息稱，該校研究團隊成功研發出全球首個能夠模擬人體天然纖毛快速、複雜三維運動的人工纖毛系統，在仿生軟材料與微型工程領域取得重要突破。 研究人員指出，纖毛是人體內廣泛分佈的微米級毛狀結構，負責清除呼吸道黏液、推動腦脊液迴圈，並參與生殖相關的生理過程。儘管科研界長期致力於模擬其精密機械特性，但在人工系統中重現其逼真、高速且協調的運動，一直是一項極具挑戰性的任務。為此，團隊通過整合多項前沿技術成功攻克上述難題。團隊採用高精度3D打印技術，製備出體積微小且具有高柔韌性的仿生結構，並優化水凝膠的內部結構以加快離子傳送速率，從而使人工纖毛實現快速而靈敏的運動。此外，團隊自主研發的微型電極系統可對每一根纖毛進行獨立控制，實現高度協調且可編程的運動模式。綜合上述創新，人工纖毛在運行速度、動作複雜度及耐用性等方面均達到前所未有的水平。 研究團隊與德國斯圖加特馬普智能系統研究所合作，引入其在微型機器人領域的國際領先專業知識及實驗驗證技術；與土耳其科奇大學合作，充分結合其在物理智能及系統整合方面的優勢。此外，研究得到瑞士蘇黎世聯邦理工學院、中國北京航空航天大學及韓國嘉泉大學學者的共同參與。通過跨國協作，研究團隊成功製備出可在極低電壓（與普通家用電池相當）條件下驅動的水凝膠微纖毛。其內部帶電粒子在電場作用下移動，從而使纖毛產生可控彎曲。研究人員還可通過調節電信號輸入，生成類似生物系統的複雜彎曲與旋轉運動。 “該研究為理解纖毛在生理狀態下的運作機制邁出了關鍵一步，也為未來在微尺度上實現精準流體操控的醫療及工程應用奠定了重要基礎。”研究人員表示，以往的人工纖毛在速度、柔順性或控制精度方面存在不足。我們的設計首次將天然纖毛的所有關鍵特性集於一身——柔軟、快速、耐用，並能在大規模陣列中實現同步運動。 隨着相關技術逐步邁向臨床應用，確保其長期安全性與生物相容性尤為關鍵。目前，研究團隊正積極推動人工纖毛技術從實驗室概念驗證向應用導向系統轉化，包括擴大製備規模、融合傳感與回饋控制機制，以及在更接近真實應用場景的生物環境中開展性能測試。 美子
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