通过自愈水凝胶基模块化组装策略实现磁性产氧机器人

《Science China-Materials》：Magnetic oxygen-generating robots via a self-healing hydrogel-based modular assembly strategy

磁驱动水凝胶机器人通过模块化组装实现多功能集成，可精准控制水下运动并高效产氧（389.1 μmol g?1 h?1），其自修复水凝胶骨架有效抑制光催化颗粒沉降并支持磁回收。

　　

摘要

由于具有远程可控性、灵活性、生物相容性和化学稳定性，磁驱动水凝胶机器人在生物医学和水下应用中展现出巨大潜力。然而，现有水凝胶机器人缺乏功能集成，这限制了它们在多种应用中的适应性。在这项研究中，我们提出了一种新型的通用水凝胶模块化组装策略，该方法将磁性颗粒掺入基于κ-卡拉胶/聚丙烯酰胺的自修复水凝胶中，从而实现磁性驱动模块的自由组装。这些模块可以构建出具有复杂几何形状和磁化分布的磁性软体机器人，使其在磁场作用下能够发生多种变形。此外，该策略还支持集成其他功能，例如光催化。将专门设计的光催化剂（如Ru-Bi₂CrO₆）与磁性驱动模块自由组装后，可制得一种产氧机器人。该机器人通过磁控振荡驱动实现灵活的水下运动，有效减少水体的扰动，并通过光催化产氧为特定水生环境提供稳定的氧气供应，产氧速率为389.1 μmol g^?1 h^?1。产氧机器人的水凝胶骨架有效抑制了光催化颗粒的聚集和沉淀，同时便于磁性部件的回收。这种创新方法为软体机器人的设计与多功能集成提供了一种可扩展且适应性强的方案。

由于具有远程可控性、灵活性、生物相容性和化学稳定性，磁驱动水凝胶机器人在生物医学和水下应用中展现出巨大潜力。然而，现有水凝胶机器人缺乏功能集成，这限制了它们在多种应用中的适应性。在这项研究中，我们提出了一种新型的通用水凝胶模块化组装策略，该方法将磁性颗粒掺入基于κ-卡拉胶/聚丙烯酰胺的自修复水凝胶中，从而实现磁性驱动模块的自由组装。这些模块可以构建出具有复杂几何形状和磁化分布的磁性软体机器人，使其在磁场作用下能够发生多种变形。此外，该策略还支持集成其他功能，例如光催化。将专门设计的光催化剂（如Ru-Bi₂CrO₆）与磁性驱动模块自由组装后，可制得一种产氧机器人。该机器人通过磁控振荡驱动实现灵活的水下运动，有效减少水体的扰动，并通过光催化产氧为特定水生环境提供稳定的氧气供应，产氧速率为389.1 μmol g^?1 h^?1。产氧机器人的水凝胶骨架有效抑制了光催化颗粒的聚集和沉淀，同时便于磁性部件的回收。这种创新方法为软体机器人的设计与多功能集成提供了一种可扩展且适应性强的方案。