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第一作者：Guiying Long

通訊作者：陳家文，Ben L. Feringa

通訊單位：華南師范大學，荷蘭格羅寧根大學

論文速覽

盡管在納米尺度上操作的人工分子機器的設計和合成取得了引人注目的進展，但將分子運動沿著多個長度尺度傳遞并誘導三維宏觀實體的機械運動仍然是一個重要挑戰。解決這種運動放大的關鍵依賴于在良好定義的環境中有效組織分子機器。

本研究通過利用液晶的長程取向有序性和層級結構，以及光驅動分子馬達的單向旋轉特性，實現了液晶彈性體（LCEs）的光響應仿生功能。

研究團隊通過3D打印技術，構建了能夠在紫外線照射下執行多種運動（如彎曲、螺旋卷曲、花瓣閉合和蝴蝶扇翅）的LCEs，為設計具有增強復雜驅動功能的響應材料鋪平了道路。

圖文導讀

圖1：3D打印技術構建含有分子馬達的LCE的代表性方案。

圖2：3D打印光響應墨水的流變學特性。

圖3：3D打印LCE薄膜的光觸發驅動。

圖4：雙層LCE條帶的光響應螺旋變形。

圖5：3D打印LCE的光響應仿生功能。

總結展望

本研究的亮點在于通過3D打印技術將光驅動分子馬達嵌入到LCE中，實現復雜的光響應仿生功能。通過精確控制分子馬達在液晶低聚物主鏈中的安裝，以及篩選基礎材料和硫醇與丙烯酸酯基團的比例，獲得了可打印熱學和流變學特性的低聚物。通過優化打印條件，制備了多種形態的LCEs，并通過剪切應力確保了液晶材料的分子取向與打印方向一致，從而確保了LCE驅動器中馬達的層次組織。

實驗觀察到的光觸發驅動證實了變形主要歸因于馬達的旋轉運動。此外，通過雙層方法構建了具有先進功能的LCEs，實現了光觸發的花瓣閉合，其方向和形狀高度依賴于預編程的打印路徑。最后，通過使用聚己內酯(PCL)作為主體支撐和光活性LCE作為翅膀，構建了一個模仿蝴蝶的混合聚合物系統，實現了翅膀的拍動運動。

文獻信息

標題：Photoresponsive Biomimetic Functions by Light-Driven Molecular Motors in Three Dimensionally Printed Liquid Crystal Elastomers

期刊：Journal of the American Chemical Society

DOI：10.1021/jacs.4c01642

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