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为解决高矫顽力微磁体磁化方向调控与共形组装难题，香港大学等机构研究人员开发含海藻酸钠水凝胶基质和相变材料（PCM）单元的线性磁体。其通过激光加热实现 PCM 液固切换，使微粒在弱场（≤30 mT）下重定向，兼具高分辨率编程（~150 μm）与拉伸性（~80% 应变），为柔性机器人等领域提供新方案。
在柔性电子、生物医学等领域，精准调控微磁体的磁化方向与共形组装一直是瓶颈问题。传统方法需高温强场条件，且存在组装效率低、空间分辨率差等缺陷。例如，高矫顽力（~1 T）磁体的局部磁化调整常需超过居里点的温度和强于矫顽场的磁场，这对器件的柔性和生物相容性构成挑战。为突破这些限制，香港大学、香港理工大学与南方科技大学等机构的研究团队开展了创新性研究，相关成果发表于《Nature Communications》。
研究团队开发了一种基于液固可切换微磁单元的线性磁体系统。该系统主要由海藻酸钠（alginate）水凝胶基质和离散分布的相变材料（PCM，二十烷）微球组成，后者包裹着钕铁硼（NdFeB）微颗粒（~5 μm）。关键技术包括：利用微流控芯片实现磁单元的高通量组装（生产速率 > 50 cm/min），通过近红外（NIR，785 nm）激光的光热效应触发 PCM 的固液相变（~40 °C），使 NdFeB 颗粒在弱磁场（≤30 mT）下解除界面约束并重新定向，冷却后固定磁化状态。
磁控细菌启发的可编程线性磁体
受趋磁细菌（如 AMB-1）体内磁小体链的启发，研究人员设计了线性磁体的液固切换机制。当激光照射特定单元时，PCM 融化使 NdFeB 颗粒链从固 - 固界面转为固 - 液界面，在外加磁场下可实现 90° 磁化方向旋转。该线性磁体兼具流体磁体的可编程性与固体磁体的高矫顽力（高于铁磁流体），且水凝胶基质赋予其高拉伸性（最大应变～80%，弹性模量～0.3 MPa），可共形贴合复杂曲面甚至缝制于织物中。
基于流体的组装与性能表征
通过微流控技术，将融化的 PCM 悬浮液（含疏水化 NdFeB 颗粒与气相二氧化硅）与海藻酸钠连续相共注，利用瑞利 - Plateau 不稳定性形成均匀液滴，经氯化钙溶液固化后获得离散磁单元（尺寸均一性变异系数≤3%）。激光热响应实验表明，通过调节功率（0-2.83 W/cm2）可将相变范围限制在 72 μm 内，实现单单元精准寻址。磁场驱动下，线性磁体的弯曲变形与理论模型高度吻合，验证了其可控的形状变形能力。
一维、二维与三维磁化编程及应用
研究团队展示了磁体在信息存储、可穿戴设备中的应用：在 8 单元磁体上编码 8 位 ASCII 字符（如 “H”“K”“U”），通过磁光传感器读取磁极（S/N 对应 0/1）；将磁体缝制于腈纶手套，构建三维曲面磁编码器，用于密码存储与门锁认证。此外，磁体可贴合 3D 打印模具形成 “HKU” 字样的二维磁化表面，展现灵活的共形组装能力。
多功能柔性机器人
在生物医学场景中，线性磁体可作为血管清洁器，在弯曲通道内通过磁场驱动清除堵塞物；浸泡于氯化钠溶液后成为温度敏感导线，当环境温度超过 PCM 熔点（Tm）时，磁体被吸引触发红色 LED 报警。其水凝胶外壳可溶于磷酸氢二钠溶液，实现纤维结构与颗粒群的可逆转换，适用于微创给药等复杂环境。
曲面柔性编码器
将磁体固定于旋转电机轴的曲面，通过霍尔传感器实时读取磁通量密度，转化为电压信号反馈转速与方向。实验显示，编码器可准确测量不同角速度（V?、2V?、4V?）下的磁信号周期，误差低于 5%，并通过磁极反转顺序判断旋转方向，为闭环控制系统提供精准反馈。
研究结论与意义
该研究突破了高矫顽力磁体的编程限制，通过液固切换单元与微流控组装技术，实现了微米级分辨率的磁化调控与柔性器件构建。线性磁体在软机器人、可穿戴电子、微创医学等领域展现出广泛潜力，例如可重构磁编码表面、温度响应传感器与磁控药物递送系统。其生物相容性材料与可降解特性为体内应用奠定了基础，结合 3D 打印技术有望拓展至复杂三维磁结构，为智能医疗设备与精准诊疗提供新范式。
