第一作者：Xun Zhao, Yihao Zhou, Yang Song

通訊作者：陳俊

通訊單位：美國加州大學洛杉磯分校

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布朗運動使微觀分散的納米粒子在鐵磁流體中保持穩定，并導致磁化弛豫和抑制永磁性。本研究通過非布朗運動的磁性顆粒自組裝形成三維定向和分支磁性網絡結構，成功創造了一種具有高磁化、流動性和可重構性的永久性流體磁體（PFM）。

這種結構具有高矯頑力和永久磁化特性，實現了長期磁化穩定性。研究團隊建立了理論模型來解釋永久性流體磁體的形成標準，并制定了通用的組裝指南。

此外，研究者開發了基于PFM的可注射和可回收的液體生物電子學，用于高度敏感、自供電的無線心血管監測。這些發現突出了永久性流體磁體作為超軟材料在液體設備和系統中的潛力，從生物電子學到機器人技術。

圖文導讀

圖1：傳統永磁體與PFM的比較，包括PFM內部的3D ORM網絡結構以及其對應的磁滯回線。

圖2：PFM形成過程的理解，包括不同脈沖磁場下合成的PFM的微觀結構，以及3D ORM網絡結構與PFM系統鐵磁性的關系。

圖3：PFM的特性，包括其在外部磁場下的動態重構能力，以及PFM的流變學和穩定性。

圖4：基于PFM的液體生物電子學，其在無線和最小侵入性方式下測量內部生理信號的能力。

圖5：體內可注射心律失常監測的實驗過程，包括PFM在動物模型中的心臟生物力學監測。

總結展望

本研究開發的永久性流體磁體（PFM）是一種新型的磁性材料，它通過非布朗磁性顆粒自組裝形成穩定的3D磁性網絡結構，展現出高矯頑力（約699.91 Oe）和剩余磁化（約47.06 emu g^?1）。

PFM不僅保持了磁性顆粒的布朗運動和膠體穩定性，還實現了可重構性和永久磁化的結合。此外，PFM的生物兼容性良好，細胞存活率高達98%，證明了其在生物醫學應用中的潛力。

PFM的這種獨特性質使其在傳感器、機器人技術和可編程液體結構等領域具有廣泛的應用前景，尤其是在水下環境中。研究PFM可能會在許多未探索的領域中解鎖新自由度和流動性。

文獻信息

標題：Permanent fluidic magnets for liquid bioelectronics

期刊：Nature Materials

DOI：10.1038/s41563-024-01802-6