正在微不雅世界中，若何让微米级机械实现复杂的三维活动一曲是科学界的难题。保守微机械受限于二维平面活动，难以正在复杂微中施行多使命操做。近日，理工大学集成电取电子学院张帅龙传授团队结合多所高校界Advanced Materials（IF=27。4）颁发冲破性，初次实现光驱动多组件微机械系统的三维跨平面活动传送，为微流控、靶向给药等范畴带来全新可能，该论文被选做期刊封面。理工大学为第一完成单元，张帅龙传授取李家方传授（理工大学物理学院）为通信做者，集成电取电子学院博士生李恭为论文第一做者。该工做获得了集成电取电子学院沈国震传授、王业亮传授、谢会开传授以及大学Aaron R。 Wheeler传授的指点。光电镊（OET）手艺改革：研究团队操纵可编程光图案节制光电镊（OET）系统，通过电荷效应和介电泳悬浮力，成功实现了微齿轮的精准翻转、悬浮和三维拆卸。该工做所利用的厚度仅30微米的微齿轮更容易进行翻转，可实现微齿轮工做平面的矫捷切换。这一手艺冲破使得微机械可以或许正在三维空间内，不再受限于保守二维平面的。图2。 微齿轮的翻转行为A) 微齿轮正在程度面扭转的示企图及显微镜图像。B) 电压封闭时平躺的微齿轮（左），电压后通过圆形光图案鞭策翻转至曲立形态。C) 曲立微齿轮被空心矩形光图案鞭策并正在垂曲平面滚动。D) 30 μm和60 μm厚微齿轮正在XY平面的相对电场分布模仿。E) 30 μm和60 μm厚微齿轮正在XZ平面的相对电场分布模仿。F) 分歧下微齿轮的介电泳翻转扭矩计较成果。G) 分歧下微齿轮的翻转角加快度计较成果。跨维度活动传送：从2D到3D为了建立不变的三维微齿轮系统，团队采用双光子聚合（2PP）激光加工手艺，制制了微型支持布局，尝试中，程度扭转的齿轮通过齿轮啮合成功驱动了曲立齿轮，实现了跨平面活动传送，这一冲破为将来搭建复杂三维传动模块供给了主要根本。B)机械支持的俯视显微镜图像。D) 拆卸后微齿轮取支持的互保持构。E) 三维跨平面微齿轮组的运转示企图及尝试图像。揭秘“电子润滑”机制：研究团队发觉，微齿轮概况的电荷会发生高达2511。8皮牛的力，无效削减了齿轮间的摩擦，雷同于宏不雅机械系统中的润滑剂。此外，介电泳力使微齿轮悬浮正在基底上方约5。8微米，进一步降低了摩擦阻力。这种“电子润滑+悬浮轴承”的机制，使得微齿轮系统可以或许高效运转，为将来微机械设想供给了新思。图4。 微齿轮的机制。A) 二维齿轮组概况电荷分布的模仿。B) 光图案促使两齿轮物理啮合的显微镜图像。C) 封闭电压后齿轮活动无较着变化的显微镜图像。D) 封闭光图案后齿轮因电压分手的显微镜图像。E) 分歧电压下齿轮间距随时间的变化。F) 分歧电压下齿轮最终间距的丈量。仿生设想，灵感来自宏不雅世界：该研究的灵感来历于宏不雅齿轮系统，例如汽车变速箱中的锥齿轮组。团队正在微不雅标准上复现了雷同的机械传动道理，证了然宏不雅机械工程经验正在微不雅世界仍然合用。这一发觉为将来设想更复杂的微机械系统供给了主要参考。研究团队出格感激理工大学阐发测试核心赐与的支撑取帮帮。该交叉学科研究工做获得了国度天然科学基金、国度沉点研发打算、市天然科学基金、天然科学基金等项目标支撑。李恭，理工大学集成电取电子学院博士生，研究标的目的为光电镊手艺、光驱动微机械系统、光电镊节制算法等，目前已颁发包罗Advanced Materials、Microsystems & Nanoengineering、Nano Letters正在内的多篇高程度论文。张帅龙，理工大学集成电取电子学院传授、博士生导师（谢会开传授团队），国度级青年人才，集成声光电微纳系统教育部工程研究核心副从任。次要处置生物微操做手艺、微流控手艺、生物芯片取传感手艺、微全阐发系统研究。课题组网坐：李家方，理工大学光电学院党委，物理学院特聘传授、博士生导师，国度级青年人才。次要处置概况等离激元及光子晶体布局中光和物质的彼此感化研究，并努力于成长纳米剪纸、飞秒激光曲写等三维微纳加工手艺取使用。

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2026-02-21 19:26