香港科技大学团队研发出全球首个仿生人工纤毛系统

中国青年报客户端讯（中青报·中青网记者 马子倩）香港科技大学（以下简称“港科大”）研究团队近日成功研发出全球首个能模仿人体天然纤毛快速、复杂及三维运动的人工纤毛系统，在仿生软物料及微型工程领域迈出重要一步。这项突破性研究成果已发表于英国《自然》期刊，论文题为《三维列印低电压驱动水凝胶纤毛微型致动器》。

纤毛遍布人体，属于微米级毛状结构，负责清除呼吸道黏液、推动脑脊液循环流动，并协助生殖相关的体内运作。除医疗应用外，人工纤毛在多个技术领域也具有应用潜力。比如，有关技术可以在微流控系统中充当微型泵或混合器。

虽然科研界多年来致力于模仿纤毛的精密机械特性，但在人工系统中，重现其逼真高速与协调运动，一直是极具挑战性的任务。由港科大机械及航空航天工程学系助理教授胡文琪领导的研究团队，通过整合多项尖端技术成功破解了这一难题。

胡文琪的研究团队运用高精度3D打印技术，制作出体积微小且具有高度柔韧性的仿生结构，并进一步优化水凝胶的内部结构，以加快离子传输速度，使人工纤毛能够迅速且灵敏地运行。此外，研究团队自主研发的微型电极系统可对每一根纤毛进行独立控制，实现高度协调且可程式化的运动模式。结合上述创新成果，人工纤毛在运行速度、动作复杂程度以及耐用性等多个方面均取得了突破。

香港科技大学机械及航空航天工程学系助理教授胡文琪（右）、其研究生陈熙（左）及其他港科大研究团队成员成功研发全球首个仿生人工纤毛系统。香港科技大学供图

“以往的人工纤毛在速度、柔软度或控制精度上皆有所不足。”胡文琪表示，“我们的设计首次将柔软、快速、耐用等天然纤毛的所有关键特性集于一身，并能在大规模阵列中实现同步运动。”他认为，这项研究为理解纤毛在健康状态下的运作机制迈出了关键的第一步。

随着相关技术逐步迈向临床应用阶段，为了确保其长期安全性与生物相容性，港科大研究团队正积极推动人工纤毛技术由实验室概念验证转化为更具应用导向的系统，包括扩大制作规模、整合传感与回馈操控机制，以及在更贴近真实情境的生物环境中进行性能测试。

电驱动水凝胶微型致动器的制备、运作机制及装置示意图。香港科技大学供图

来源：中国青年报客户端