軟驅(qū)動器作為一種具有巨大潛力的技術，廣泛應用于軟夾具、人工肌肉和仿生系統(tǒng)等領域，能夠在光、溫度、磁場和電場等多種外部刺激下實現(xiàn)精準變形。其中，光致驅(qū)動具有顯著優(yōu)勢，能夠遠程精確控制，并且具有波長、偏振和強度等多種可調(diào)參數(shù)。然而，傳統(tǒng)基于自由空間光的驅(qū)動方式面臨光散射、吸收和折射等問題的制約，限制了其在復雜環(huán)境中的應用。

光纖作為一種柔性波導，提供了低衰減的光傳播路徑，避免了介質(zhì)界面帶來的散射和折射。因此，基于光纖的光驅(qū)動器能夠在此前無法到達的地方發(fā)揮作用，如通過彎曲導管在體內(nèi)進行精準操作。

盡管光驅(qū)動器和光纖技術已有諸多研究進展，但它們的有效集成仍然面臨諸多困難。通常，光驅(qū)動器需要較薄的結構才能實現(xiàn)快速響應和大幅度變形，然而現(xiàn)有的驅(qū)動器與光纖的集成方法通常要求二者尺寸相當，使得驅(qū)動器的厚度在幾十到幾百微米尺度，大大限制了驅(qū)動器的性能。

近日，復旦大學材料科學系崔繼齋/梅永豐課題組基于薄膜自卷曲技術，將高性能的超薄驅(qū)動器卷繞在錐形光纖波導尖端，實現(xiàn)了一種具有超快響應和大彎曲角度的光波導微型驅(qū)動器，并展現(xiàn)出對快速運動微生物的精準捕獲能力。相關成果以“Waveguide Microactuators Self-Rolled Around an Optical Fiber Taper”為題發(fā)表在《先進材料》（Advanced Materials）期刊上。

圖1.光波導微型驅(qū)動器的系統(tǒng)設計以及對衣藻和草履蟲的精準捕獲。

該研究設計了一種基于水凝膠和納米金薄膜雙層異質(zhì)結構的微驅(qū)動器，成功將2微米厚的超薄驅(qū)動器通過自卷曲的方式固定在錐形光纖尖端（圖1）。這種超薄水凝膠具有具有極低的彎曲剛度，并能夠在相變過程中快速吸收和釋放水分子，使光波導微驅(qū)動器在超快的響應時間（0.55秒）內(nèi)展現(xiàn)出超大的彎曲角度顯著的彎曲角度（>800°）。憑借這一特性，該驅(qū)動器在微尺度成功捕獲了快速游動的衣藻和草履蟲，實現(xiàn)了微納機械對于微生物的精準操控，并進一步展示了可編程的非往復運動，能夠有效非接觸式操縱酵母細胞等。

這項研究為微尺度操作提供了多功能平臺，展現(xiàn)出在生物醫(yī)學應用中的廣泛前景。未來，光波導微驅(qū)動器可與納米傳感器集成，應用于微尺度生物細胞研究；或與導管技術結合，實現(xiàn)更復雜的體內(nèi)微觀操作。這項技術在封閉環(huán)境中尤其是無法進行自由空間光照明的情況下具有廣泛的應用潛力。

論文第一作者為材料科學系博士生宗旸，崔繼齋青年研究員為論文的通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、上海市科委等項目的資助和支持。

文章鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202418316