人工肌肉是一类能够在外界刺激作用下产生机械运动的智能材料，在软体机器人、智能服装、仿生机械手以及医疗设备等领域展现出广阔的应用前景。然而，目前已报道的大多数纤维状人工肌肉体系通常只能响应一种或两种外部刺激，且驱动模式多局限于单向收缩，难以满足复杂环境下对自适应驱动的需求。此外，现有双响应的人工肌肉往往依赖多束纤维合股/混捻或复杂层状堆叠结构进行构筑，导致不同响应单元之间的协同效果较低，限制了其进一步应用。

  针对上述问题，东华大学先进功能材料课题组提出了一种基于单根同轴MXene纤维的新型多响应人工肌肉体系。

  2026年6月11日，相关成果以“Multi-Responsive Artificial Muscle Based on Robust and Conductive Coaxial MXene Fibers”为题发表于《Advanced Functional Materials》期刊。该研究得到上海市自然科学基金、东华大学中央高校基本科研业务费专项资金以及“恒逸学者”项目资助。博士生曹晓辉为第一作者，李耀刚教授和张青红教授为共同通讯作者。

  该团队首先利用同轴湿法纺丝技术（图1a），将羧甲基壳聚糖（CMCS）/海藻酸钠（SA）双网络作为纤维的芯层，以Ti₃C₂T_x MXene作为导电和光吸收的壳层，连续构筑了表面具有定向皱纹、强韧且导电的同轴MXene纤维。

图1 同轴MXene纤维的制备与结构表征

  通过系列结构和化学表征（图2），作者系统揭示了同轴纤维内部CMCS-SA聚合物与MXene纳米片之间的界面连接机制。其中，Zn²⁺作为双功能交联剂，一方面与CMCS和SA中的–COO?、–OH及–NH₂基团发生多重配位作用，构建致密的CMCS-SA双网络；另一方面又能够与MXene表面的含氧端基形成Zn–O–Ti桥联结构，从而将无机MXene层与有机聚合物分子链牢固连接起来。由于MXene壳层与CMCS-SA芯层之间形成了稳定的桥联网络，MXene纳米片能够牢固附着于纤维表面而不发生明显脱层。

图2 同轴MXene纤维的制备与结构表征

  通过调控CMCS与SA的配比，研究人员获得了综合性能优异的M@C₁₅₀-S₆₅₀纤维（图3）。该纤维表现出高达231.8 MPa的拉伸强度、6.2%的断裂伸长率以及83.9 S cm^?1的电导率。与此同时，纤维具有优异的亲水性和吸湿能力。这些优异的综合性能为后续加捻卷曲制备人工肌肉以及实现稳定的多刺激驱动奠定了重要基础。

图3 同轴MXene纤维的综合性能

  进一步通过扭转和卷曲构筑的螺旋状人工肌肉，实现了湿度刺激引发收缩、近红外光和直流电刺激引发伸长的三重响应驱动行为（图4）。同时，稳定的界面结合使得人工肌肉纤维即使经历长期高湿储存和多次循环驱动后，纤维仍能保持良好的双向驱动能力和电学连接。

图4 基于同轴MXene纤维的人工肌肉驱动性能

  为了验证所构筑人工肌肉的实际应用价值，作者进一步将同轴人工肌肉纤维集成到智能纺织品、仿生机械臂以及智能缝合系统中（图5），充分展示了其在环境响应驱动和柔性智能器件领域的应用潜力。

图5 人工肌肉纤维的应用实例

总结：

  该研究报道了一种基于同轴MXene纤维的多响应人工肌肉体系。通过CMCS-SA双网络与MXene壳层的协同设计，成功制备出具有高强度、良好导电性和优异环境响应能力的MXene纤维。同时，该设计实现了多种材料体系在单根纤维中的集成，使得基于该纤维制备的人工肌肉能够同时响应湿度、近红外光和电刺激，并表现出双向驱动行为：湿度刺激诱导收缩，而光和电刺激诱导伸长。研究团队进一步验证了其在智能透气织物、仿生机械臂以及自收紧缝合线中的应用潜力。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76485