天津大学王玲教授、许鑫华教授与美国肯特先进材料与液晶研究所李全院士合作Angew：近红外光驱动MXene/水凝胶软体机器人

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软体机器人（Soft Robotics）是一种模拟自然界软体生物（如蚯蚓，章鱼和乌贼等）生理结构和运动机能的新型智能机器人。与传统刚性机器人不同，软体机器人通常由低模量的智能仿生致动器组成，并能够在外界的刺激下实现抓取、爬行和扭动等复杂形变。这类新型机器人通常与生物体相似，具有更高的自由度和连续形变的能力，可适应复杂的环境并出色地完成既定任务。开发仿生软体机器人一直是世界各国研究人员的目标，软体机器人在工业生产、人机交互、医疗服务和军事侦察等领域都有着广阔的应用前景。

近日，天津大学材料科学与工程学院王玲教授、许鑫华教授与美国肯特先进材料与液晶研究所李全院士合作，设计合成了一种可光聚合的二维MXene纳米单体，通过与温敏水凝胶原位自由基聚合，构建了一种具有形状可编程特性的近红外光驱动MXene/水凝胶软体智能致动器。

图1：MXene/水凝胶致动器的材料结构、形状编程和近红外光驱动机理示意图

作者首先设计并合成了一种新型表面功能化的可光聚合二维MXene纳米单体，不仅大幅度提高了二维MXene纳米片在水凝胶网络中的均匀分散性，还实现了二维MXene纳米片与温敏水凝胶的原位自由基聚合。作者发现该二维MXene纳米单体在直流电场作用下，能够沿着电场方向上呈现一定的浓度梯度分布，因此，可用于制备具有优异性能的各向异性MXene复合水凝胶。

图2：可聚合MXene纳米单体的合成与表征

作者通过精确控制ITO电极图案、直流电场方向和光聚合掩膜模式，开发了一系列形状可编程的近红外光驱动各向异性MXene/水凝胶智能致动器。最后，作者成功制备了一种光驱动仿生四臂软体抓手，通过近红外光远程操控，实现了对水下目标物体的精确抓取、移动和卸载等功能。该研究成有望在未来人造肌肉、人机交互和水下软体机器人等仿生智能领域获得重要应用。

图3：具有形状可编程特性的近红外光驱动MXene/水凝胶软体致动器

文章第一作者是天津大学材料学院王玲教授实验室博士研究生雪盼，论文合作者为芬兰坦佩雷大学（Tampere University）智能光子材料实验室曾浩博士和Arri Priimagi教授，论文通讯作者为天津大学材料学院王玲教授、许鑫华教授和美国肯特先进材料与液晶研究所李全院士(https://www.lcinet.kent.edu/users/qli180/PI/Li.htm), 相关研究获得中国国家自然科学基金和芬兰科学院基金等项目支持。

论文信息：

Near-Infrared Light-Driven Shape-Morphing of Programmable Anisotropic Hydrogels Enabled by MXene Nanosheets

Pan Xue, Hari Krishna Bisoyi, Yuanhao Chen, Hao Zeng, Jiajia Yang, Xiao Yang, Pengfei Lv, Xinmu Zhang, Arri Priimagi, Ling Wang*, Xinhua Xu*, and Quan Li*.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202014533

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