2026年6月6日，来自麻省理工学院(MIT)的研究人员开发了一种软磁水凝胶的制造方法，这种水凝胶可以 3D 打印成小于 1 毫米的结构，并可通过普通磁铁远程激活。
△研究概述
相关研究以题为“Magnetically responsivemicroprintable soft
nanocomposites with tunable nanoparticle
loading/具有可调纳米颗粒负载的磁响应微尺度打印软纳米复合材料”的论文发表在《Matter》期刊上，由 Rachel M.
Sun、Andrew Y. Chen、Yiming Ji、Eric M. Stewart、Daryl W. Yee 和 Carlos M.
Portela 联合撰写，洛桑联邦理工学院(EPFL) 和辛辛那提大学也为这项研究做出了贡献。
研究团队解决的核心技术难题，也是多年来阻碍微尺度打印领域研究的症结所在。标准的微结构制造依赖于双光子聚合（2PP）。当研究人员尝试预先将磁性纳米颗粒负载到树脂中时，金属颗粒会散射或吸收激光，从而削弱最终结构的强度，甚至完全阻止其形成。麻省理工学院团队的解决方案是将打印步骤与磁化步骤完全分离。他们首先使用普通的聚合物凝胶打印出一个结构，其中不添加任何磁性材料。然后，将打印好的结构浸入铁离子溶液中，凝胶会吸收铁离子，之后再浸入氢氧根离子溶液中。这两组离子在凝胶内部发生反应，生成具有固有磁性的氧化铁纳米颗粒。由于磁性是在打印之后引入的，因此激光不会受到干扰，并且结构打印分辨率得以保持。
这种方法还使研究人员能够控制结构中任何单个特征的磁性强度。通过在打印特定区域时调整激光功率，他们可以改变区域内凝胶的交联程度。交联程度更高的凝胶吸收的离子更少，磁性也更弱；而交联程度更低的凝胶则吸收更多离子。这意味着，在同一个亚毫米级结构中，单个打印结构可以包含具有显著不同磁响应的组件。
△研究团队制造出形似微型棒棒糖的球棍结构。这些结构的高度不足一毫米，球体比一粒沙子还要小。球体内部填充有磁性颗粒。图片来自 Rachel M. Sun 等人，《物质》（Matter）。
微结构内单个特征的移动
为了验证这一概念，研究团队打印了一组棒棒糖形状的结构，每个结构的高度都小于1毫米，球形尖端比一粒沙子还要小。每个球体都注入了不同浓度的磁性颗粒。当冰箱磁铁在培养皿上方移动时，这些结构会按照类似于合拢的手掌的渐变顺序弯曲并被磁铁吸引。第二个演示实验使用了相同的凝胶构建了一个双稳态开关：一个长1毫米的矩形，两侧是桨状磁臂，厚度约为8微米，与红细胞的宽度大致相同。将磁铁施加在矩形的一端，即可翻转磁臂并将矩形锁定在一个位置；将磁铁移到另一端，即可反转矩形。研究人员认为，这种装置可以作为微流控电路中的磁控阀。
目前讨论的实际应用主要集中在医疗领域。这种结构在外部磁体的引导下可在体内移动，理论上可用于将药物输送到特定部位或无需手术即可采集组织样本。此前也有人提出过类似的磁性微型装置，但早期的设计大多是通过将整个结构拉向磁体方向来实现的。而麻省理工学院团队开发的装置则可以移动单个结构内的各个组成部分，这使得在这种尺度下完成更复杂的任务（例如抓取）成为可能。
这种在微观物体内部进行选择性、局部化的运动，正是这项研究区别于以往磁性微型机器人技术的关键所在。这项制造工艺能否应用于临床级生产，或者能否以任何有意义的方式进行规模化生产，仍是本文未探讨的悬而未决的问题。这项研究部分由美国国家科学基金会和MathWorks公司的种子基金资助。
将磁性颗粒直接嵌入树脂中再进行打印的方法并非新方法。2014年，苏黎世联邦理工学院的研究人员利用双光子聚合技术，从负载磁性纳米颗粒的生物相容性环氧树脂中制造出螺旋形微型致动器，所得结构长度约为60微米，可通过外部磁场在液体中引导运动。以往的方法需要在制造过程中与打印过程同时建立磁性功能。MIT的双浸涂工艺通过将两个步骤分开来消除这种依赖性：首先打印不含磁性材料的结构，然后再引入磁性，这样既避免了对制造方法的干扰，又实现了单个微结构内磁响应的空间变化。
来源：南极熊
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