北京
生物体与电子设备之间最根本的区别在于：前者柔软而富有弹性，后者则坚硬而缺乏可塑性。如今，麻省理工学院（MIT）的工程师团队联合相关研究人员开发出一种柔软、灵活的凝胶材料，该材料在光照作用下能够大幅改变其导电性能。这项研究有望对人机交互界面、生物兼容设备、软体机器人等多个领域产生深远影响。
这项研究属于离子电子学（Ionotronics）这一新兴领域。离子电子学通过离子（即带电分子）来传递信息，而传统电子学则依赖电子完成这一过程。尽管传统电子学已十分成熟，离子电子学仍处于发展阶段——但有一个重要的例外：生物体本身。人体细胞正是借助钾离子、钠离子等多种离子进行信息交流。
因此，离子电子学可以在电子设备与生物组织之间架起一座桥梁，潜在应用涵盖柔性可穿戴技术、人机交互界面等多个方向。
"我们发现了一种在软性材料中动态调控局部离子浓度的机制，"MIT材料科学与工程系John F. Elliott职业发展教授、本项研究的负责人Thomas J. Wallin表示，"这将使系统能够对环境刺激（在本研究中为光照）实现自适应响应。"换言之，该系统能够根据光照变化自动做出反应，从而在软性材料中实现复杂的信号处理。
相关研究论文近期已在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications），并以开放获取方式公开。
一个快速发展的领域
目前，虽然已有研究人员开发出具有高导电性的离子电子材料，可实现离子的快速传输，但这些材料的导电性无法被主动调控。"我们的工作是利用光将软性材料的导电性从绝缘状态提升至高导电状态，导电性提升幅度高达400倍，"论文第一作者、MIT材料科学与工程系前博士后研究员Xu Liu说道。她目前即将入职伦敦国王学院，担任助理教授。
本研究的核心在于一类被称为光离子发生器（Photo-Ion Generators，PIGs）的材料。这类材料在光照作用下导电性可提升约1000倍。MIT团队对将PIGs融入聚氨酯橡胶的方法进行了优化：先将PIGs粉末溶解于溶剂中，再通过溶胀法将其渗入橡胶基体。
广阔的应用前景
在当前报道的材料中，导电性的变化是不可逆的。但Liu表示，她相信未来版本的材料能够在绝缘与导电两种状态之间实现可逆切换。
她还指出，目前的材料仅使用了一种PIGs、一种聚合物（聚氨酯橡胶）和一种溶剂，而这三类成分各有多种选择，因此在开发性能更优异的光响应软性材料方面具有巨大潜力。
Liu同时提到，该研究也为开发响应其他环境刺激（如热或磁场）的软性材料提供了启示。"我们希望进一步拓展这一领域的研究，将驱动力从光照转换为其他形式的环境刺激，"她说道。
"我们的工作有望催生一个新的细分领域——软体光离子电子学，"Liu补充道，"我们也对研究成果所带来的机遇感到振奋，期待以此推动软体可穿戴技术、人机交互界面、机器人、生物医学等领域的创新发展。"
本文的其他合著者还包括来自Meta现实实验室（Reality Labs）的Steven M. Adelmund、Shahriar Safaee和Wenyang Pan。
Q&A
Q1：光激活凝胶材料是如何实现导电性变化的？
A：该材料的核心是一类被称为光离子发生器（PIGs）的物质。研究人员将PIGs粉末溶解于溶剂后，通过溶胀法将其融入聚氨酯橡胶中。在光照作用下，PIGs可使材料的导电性提升约1000倍，整体材料的导电性相比绝缘状态提升可达400倍，从而实现了对软性材料中局部离子浓度的动态调控。
Q2：离子电子学和传统电子学有什么区别？
A：传统电子学通过电子传递信息，技术体系已十分成熟；而离子电子学则通过离子（带电分子）传递信息，目前仍处于发展阶段。离子电子学的重要价值在于，它与生物体的运作方式更为接近——人体细胞正是依靠钾离子、钠离子等进行信息交流，因此离子电子学可以成为电子设备与生物组织之间的桥梁。
Q3：这种光激活凝胶目前有哪些局限性，未来会怎么改进？
A：目前该材料存在一个主要局限：导电性的变化是不可逆的，即一旦被光照激活，无法恢复到绝缘状态。但研究人员表示，未来版本有望实现绝缘与导电状态的可逆切换。此外，团队也计划尝试更多种类的PIGs、聚合物和溶剂组合，并探索响应热、磁场等其他环境刺激的软性材料。
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