微尺度上定向磁化、随形组装的微型永磁铁在软体机器人、微流控系统和柔性可穿戴电子等领域具有广泛的应用价值。然而，微型永磁铁的局部磁化调制和随形组装仍面临显著挑战：一般来说，需要施加局部强磁场（~2 T）或高温（~309 ℃）克服微磁铁本征高矫顽力，而在微尺度下精准调整每个微磁铁组件的随形组装朝向则受到空间精度和组装效率较低的技术限制。以上挑战严重限制了磁性器件的发展。

  近日，香港大学、香港理工大学、南方科技大学联合研究团队从趋磁细菌的线性结构得到灵感，开发了线性磁铁微单元选择性磁化调制技术，实现了高精度磁场调制和高效随形组装，研究论文以“Linear magnet with fluid-solid-switchable cells for flexible devices”为题发表在Nature Communications。香港大学博士生邓启宇为第一作者，香港理工大学王立秋讲席教授、香港大学尹晓波教授、香港大学李威博士（现上海交通大学副教授）和南方科技大学唐欣副教授为论文的通讯作者。

  该研究受趋磁细菌（Magnetospirillum magneticum）的线性结构启发，开发了一种线性磁铁（Linear magnet），该磁铁由水凝胶基体和离散分布的磁性微单元组成。微单元内含钕铁硼磁性微颗粒（~5 μm）和相变材料。该研究利用局部激光加热（约40 ℃）触发相变材料熔化，解除颗粒界面约束。目标单元的磁化方向从而得以在弱磁场（≤30?mT）辅助下，在三维空间中被任意重新定向，克服了高矫顽力磁铁磁化调制的苛刻条件。线性磁铁每个单元能够以高分辨率（~150?μm）独立编程，并具备优良的拉伸性能，支持随形构建图案化磁场，适用于软体驱动、柔性传感和可穿戴信息编码等多种应用（图1）。

图1 线性磁铁的组成、工作原理及性能

  该研究采用微流控技术实现了高通量（>0.5 m·min?1）、高精度线性磁铁一体化制造。线性磁铁由水凝胶包裹磁性微单元组成，通过调节激光，可实现每个微单元磁化方向独立调制。在外界磁场驱动下，该磁铁还可以实现可控形变（图2）。

图2 线性磁铁的制造方法、磁化调制原理和效果

  该研究展示了线性磁铁在信息编码、随形构建可编程磁性表面与智能可穿戴器件中的多功能应用。该线性磁铁的每个磁性微单元可以独立编程，可在微米尺度上重写并记录字符（如字符“H”、“K”、“U”的ASCII码）。借助其随形组装能力，线性磁铁可以构建复杂的二维可编程磁表面。也可以整合进织物中形成信息可重写的磁性可穿戴设备，用于在智能穿戴设备上记录密码等信息。该技术为构建可重编程磁功能器件提供了新路径（图3）。

图3 线性磁铁的随形组装、调制及其在可穿戴设备领域的应用

  线性磁铁还适用于多种微型机器人系统。通过激光诱导磁化调制，线性磁铁可在原位动态调节磁响应行为。除此之外，该线性磁铁还具有离子导电能力，结合其内部温度敏感的相变材料，可以用于温度报警器等应用。基于逐单元磁化编程，线性磁铁还可实现复杂磁控形变。由于其独特的类纤维形状，该磁铁还可在类血管狭窄通道中清除障碍。其水凝胶外壳还能够被可控溶解，实现纤维态与粒子群的可逆切换，展现其在微创医疗与药物递送中的多场景适应性（图4）。

图4 基于线性磁铁开发的多功能柔性机器人系统

  该线性磁铁还可用作柔性编码器，适用于闭环控制等工程场景。此外，该磁铁所编码信息还可被实时解码，耦合驱动下游驱动器，如通过解码算法控制LED灯按预设顺序点亮，展示了其在逻辑控制中的应用潜力（图5）。

图5 基于线性磁铁开发的柔性编码器及其解码展示

  本研究提出了一种可编程线性磁铁，结合微流控高通量组装与激光加热局部磁化重构，实现了高矫顽力微磁铁在柔性基底中的高分辨率磁化调控。该线性磁铁在随形构建磁性表面、集成可穿戴系统、驱动软体机器人以及实现柔性编码控制等方面展现出优异性能，在柔性电子、微创医疗和软体机器人领域具有广泛的应用前景。

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59663-9