在最新一期的《Science Advances》杂志上，一项突破性的研究成果吸引了科技界的广泛关注。
这项研究由北京理工大学的张帅龙教授以及李家方教授团队共同完成，他们成功开发了一种新型的纳米级“剪纸”微旋转器，这种微旋转器可以通过光电镊技术实现精确的形态和位置控制。
一、纳米剪纸艺术：微旋转器的诞生
剪纸艺术，源自东亚，是一种通过剪裁和折叠纸张来创造三维结构的传统艺术形式。如今，这项艺术被应用到了微观世界，科学家们利用“纳米剪纸”技术，从二维表面创造出能够响应外部刺激并进行三维形态转变的结构。这种技术在电子、机械、先进制造、能量收集和生物医学工程等领域展现出巨大潜力。
二、微旋转器：纳米尺度的革命
在这项研究中，科学家们制造了直径约10微米的金微旋转器，这些微旋转器的尺寸大约是标准宏观螺旋桨的十万分之一。微旋转器的设计灵感来源于传统螺旋桨，它由一个中心圆盘和周围对称排列的八个齿构成，中心还有五个纳米剪纸叶片。这种设计不仅保证了结构的稳定性，同时起到局部场增强的效果，使其能够在光电镊（Optoelectronic Tweezers, OETs）系统中通过可编程的光模式进行精确操控。
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由光电镊操控的纳米级微旋转器
纳米剪纸微旋转器的设计、制造和转移
三、实验验证：微旋转器的多功能运动
研究人员通过实验验证了微旋转器在OET系统中的多种运动模式，包括垂直滚动、转弯、自转和围绕中心点的公转。这些微旋转器在电场的作用下，能够实现快速的形态转变和精确的运动控制。此外，研究人员还展示了微旋转器在微通道中的运动能力，它们能够通过光模式的导航，实现在狭窄通道中的穿越和作为阀门的功能。
纳米剪纸转子运动状态模拟动画
纳米剪纸微旋转器的驱动实验
纳米剪纸微旋转器在微通道中工作
以上图源：Optoelectronically navigated nano- kirigami microrotors.Science Advances 2024.
四、 未来展望：纳米剪纸微旋转器的广泛应用
这项研究不仅在纳米剪纸和微操控领域取得了重要进展，更为未来的微流体学、纳米光子学、微电机系统（MEMS）和纳米光电机系统等领域的应用提供了新的可能性。这些微旋转器的多功能运动能力，如翻转型、按需开关/阀门功能和拉曼信号增强，可能在未来为尚未想象的应用领域提供解决方案。
这项研究展示了纳米剪纸微旋转器在精密制造和操控领域的潜力，它们不仅能够实现复杂的运动模式，还能够在微通道等复杂环境中工作。随着技术的不断进步，我们有理由相信，这些微型机器将在未来发挥更加重要的作用，为人类社会带来更多的创新和便利。
文章引用：Optoelectronically navigated nano-kirigami microrotors. Science Advances 2024, 10(17): eadn7582.
粤公网安备44030002004557号
