Программируемые микрочастицы меняют форму и самодвижутся под действием электрических полей

Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере создали крошечные частицы, вдохновленные микроорганизмами, которые могут менять свою форму и самодвижение, подобно живым существам, в ответ на электрические поля.

В будущем эти "активные частицы", меняющие форму, могут быть использованы в качестве микророботов для доставки лекарств внутри человеческого тела, особенно в труднодоступные области, или для создания крупномасштабных динамических материалов, способных к адаптации и самовосстановлению.

Результаты описаны в новой статье, опубликованной в январе 2026 года в Nature Communications.

Как работают частицы

Активные частицы забирают энергию из окружающей среды и преобразуют её в движение. Концепция существует десятилетиями, но частицы исследователей из CU — одни из первых, которые могут менять свою форму и способ реакции на электрическую стимуляцию.

Частицы исследователей имеют длину до 40 микрометров и состоят из слоёв двух разных материалов. Один слой — мягкий гидрогель, который набухает или сжимается, поглощая или выделяя воду. Другой слой — твёрдое стеклообразное вещество, которое не меняет размер.

При изменении температуры окружающей воды гидрогелевый слой меняет размер: набухает при охлаждении и сжимается при нагреве. Поскольку стеклообразный слой не меняется, разница в набухании заставляет частицу изгибаться, принимая новую форму.

В эксперименте частицы помещали в камеру с водой внутри переменного (AC) электрического поля. Изменяя температуру воды, исследователи меняли форму частиц и их ориентацию. AC-поле поляризовало частицы, заставляя ионы в гидрогеле и окружающей воде течь.

Это асимметричное течение ионов позволило исследователям управляемо перемещать частицы, контролируя направление и тип движения в реальном времени за счёт формы и состава слоёв.

Потенциальные применения

Одна из возможностей — медицинские микророботы для доставки лекарств. Такие роботы могли бы использовать эти частицы для навигации в сложных условиях организма. Однако применение AC-тока внутри тела может быть непрактичным или небезопасным, поэтому потребуются другие способы движения.

Частицы также могут найти применение в биомедицинских устройствах, гибкой электронике и сенсорах.

Исследование открывает путь к новому классу активной материи, которая приближает нас к воспроизведению динамики живых систем и её практическому использованию в реальном мире.