纤维驱动器可以在自然界中找到，并由于其优异的各向异性收缩和感知特性，使之能够对生物的有效信息传递和自我保护。例如，蜘蛛丝、捕蝇草和哺乳动物的肌肉在外部环境刺激下可以快速收缩和变形，这些刺激用于捕捉食物和交换信息。受上述生物驱动系统的启发，许多科学家做出了诸多努力，制造出具有响应外界刺激的纤维基驱动器，在智能可穿戴、软体机器人、能量信息传输领域表现出了潜在应用。
液晶弹性体（LCE）是一种典型的软驱动器智能刺激响应材料，是一种具有独特的双向形状记忆功能，具有聚合物橡胶熵弹性的光交联聚合物。其中，LCE纤维是LCE的一种常见形式，具有较大的形状变形，外部刺激下具有良好的可织性，在人工肌肉、智能纺织品和软机器人中具有不同的应用。然而，无机纳米材料掺杂LCE制备光驱动纤维致动器仍存在一些缺陷：如生产工艺复杂、驱动变形率有限、有机-无机界面结合稳定性较差等，限制了其进一步应用。
众所周知，天然蜘蛛网在受到外界冲击时具有大变形、结构稳定的特点。受蜘蛛网结构的启发，近期江南大学魏取福教授团队和安徽工程大学凤权教授团队联合新疆大学夏鑫教授团队利用静电纺丝和光交联策略，快速稳定的制备了具有跨尺度分级结构的金纳米棒复合LCE（AuNRs@LCE）智能纱线软体驱动器，该纱线致动器呈现出超收缩变形特性，作为概念验证，将其应用于人工肌肉、微型游泳器和智能止血绷带等方面。相关工作以“Novel Biomimetic “Spider Web” Robust, Super-Contractile Liquid Crystal Elastomer Active Yarn Soft Actuator”为题，发表于Advanced Science（DOI:10.1002/advs.202400557）期刊上，文章第一作者为江南大学纺织科学与工程学院博士研究生武丁胜，通讯作者为江南大学魏取福教授、吕鹏飞研究员和安徽工程大学凤权教授。
图1：受仿生蜘蛛网启发，设计具有分级结构的光响应金纳米棒复合液晶弹性体智能纱线及织物示意图
图2：AuNRs@LCE复合智能纱线的制备过程示意图
研究表明，可光聚合的AuNRs在LCE分子链内均匀交联，智能纱线表现出长期稳定的光吸收和光热超驱动性能。由于纱线具备仿生“类蜘蛛网”的层次结构特征，与目前LCE纤维驱动器相比，AuNRs@LCE智能纱线驱动器表现出超收缩驱动应变（≈81%）和稳定持久的变形特性。此外，研究开发的光驱动微型游泳器可以在水面上快速移动，智能止血绷带在光刺激下可以有效达到止血效果。
图3：AuNRs@LCE复合织物在智能止血绷带方面的应用
总而言之，该研究通过仿生蜘蛛网结构设计策略，为开发稳定、大变形和超收缩的LCE纱线软体驱动器，并为其在人造肌肉、软机器人和智能可穿戴等领域应用开辟了一条新的途径。近期江南大学魏取福教授、吕鹏飞研究员团队在智能纤维领域发表了系列文章（Adv. Sci.2024, 2400557;ACS Appl. Mater. Interfaces2024,16, 9313-9322;Mater. Horiz.2023,10, 2587-2598;Adv. Funct. Mater.2023,33, 2300794;Nano Energy2023,116, 108842;Nano Energy2023,109, 108291;Small2023,19, 2207384;Adv. Funct. Mater.2021,32, 2104991;Mater. Horiz.2021,8, 2475-2484等）。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202400557
人物简介：
吕鹏飞：江南大学研究员，硕士生导师/院长助理，中国科协青年人才托举工程入选者。2019年获江南大学与北卡罗来纳州立大学联合培养博士学位，2019-2021年在天津大学材料学院从事博士后研究。目前主要从事功能纺织纤维材料的设计及在柔性可穿戴、软机器人和热管理等领域的应用研究。近年来，以第一/通讯作者在Adv. Funct. Mater.、Energy Storage Mater.、Nano Energy、Adv. Sci.、Mater. Horiz.和Adv. Fiber Mater.等期刊发表论文30余篇，他引2800余次，H-因子30，申请/授权国家发明专利13项。主持中国科协青年人才托举工程项目、国家自然科学基金项目、江苏省局重大科技计划课题、江苏省自然科学基金面上项目、天津市“海河英才”青年人才项目和中国博士后科学基金等科研项目10余项，相关成果获新疆自然科学二等奖、2023年度发明创新奖、江苏省优秀博士学位论文和王善元全国优秀博士学位论文基金等科研奖励。
魏取福：江南大学教授，博士研究生导师。现任江南大学生态纺织教育部重点实验室主任，入选教育部新世纪优秀人才、江苏省“333高层次人才培养工程”首批中青年科学技术带头人和江苏省“六大高峰人才”计划。中国纺织工程学会理事，Textile Bioengineering and Informatics Society (TBIS)国际执委会委员。研究成果获得教育部自然科学二等奖、新疆维吾尔自治区自然科学二等奖和中国商业联合会科学技术奖一等奖等。指导的博士研究生获得全国优秀博士论文提名奖、江苏省优秀博士论文等。先后主持承担了国家重点研发计划、国家高技术研究计划（863）、国家自然科学基金、科技部科研院所专项和教育部创新团队等国家（或省部级）项目及多项企业合作项目。近年来共发表SCI收录论文500多篇，他引13000余次，H-因子55，主编英文学术专著2部，2020-2022连续三年爱思唯尔“中国高被引学者”。
