华南师大联手诺奖得主，今年首发JACS

第一作者：Guiying Long

通讯作者：陈家文，Ben L. Feringa

通讯单位：华南师范大学，荷兰格罗宁根大学

论文速览

尽管在纳米尺度上操作的人工分子机器的设计和合成取得了引人注目的进展，但将分子运动沿着多个长度尺度传递并诱导三维宏观实体的机械运动仍然是一个重要挑战。解决这种运动放大的关键依赖于在良好定义的环境中有效组织分子机器。

本研究通过利用液晶的长程取向有序性和层级结构，以及光驱动分子马达的单向旋转特性，实现了液晶弹性体（LCEs）的光响应仿生功能。

研究团队通过3D打印技术，构建了能够在紫外线照射下执行多种运动（如弯曲、螺旋卷曲、花瓣闭合和蝴蝶扇翅）的LCEs，为设计具有增强复杂驱动功能的响应材料铺平了道路。

图文导读

图1：3D打印技术构建含有分子马达的LCE的代表性方案。

图2：3D打印光响应墨水的流变学特性。

图3：3D打印LCE薄膜的光触发驱动。

图4：双层LCE条带的光响应螺旋变形。

图5：3D打印LCE的光响应仿生功能。

总结展望

本研究的亮点在于通过3D打印技术将光驱动分子马达嵌入到LCE中，实现复杂的光响应仿生功能。通过精确控制分子马达在液晶低聚物主链中的安装，以及筛选基础材料和硫醇与丙烯酸酯基团的比例，获得了可打印热学和流变学特性的低聚物。通过优化打印条件，制备了多种形态的LCEs，并通过剪切应力确保了液晶材料的分子取向与打印方向一致，从而确保了LCE驱动器中马达的层次组织。

实验观察到的光触发驱动证实了变形主要归因于马达的旋转运动。此外，通过双层方法构建了具有先进功能的LCEs，实现了光触发的花瓣闭合，其方向和形状高度依赖于预编程的打印路径。最后，通过使用聚己内酯(PCL)作为主体支撑和光活性LCE作为翅膀，构建了一个模仿蝴蝶的混合聚合物系统，实现了翅膀的拍动运动。

文献信息

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

期刊：Journal of the American Chemical Society