主要观点总结
本文报道了美国哈佛大学Joanna Aizenberg团队与合作者开发了一种新型的液晶弹性体（LCEs），具有多步双向可变形性，这是通过液晶单体分子设计和液晶聚合过程控制实现的。这种液晶弹性体展示了多种变形模式，并具有可扩展性，可用于人工肌肉和仿生机器等领域。该研究为单组分材料中复杂变形的实现提供了新的策略，在软机器人到生物医学工程等领域有潜在应用。
关键观点总结
关键观点1: 研究背景
智能软物质执行器的开发近年来多聚焦于实现自适应的复杂仿生结构变形，而液晶弹性体的研究是实现这一目标的关键。
关键观点2: 研究突破
新型液晶弹性体的开发实现了多步双向可变形性，这是通过液晶单体分子设计和液晶聚合过程控制实现的。
关键观点3: 重要成果
液晶弹性体的相态变化导致多种变形模式，包括连续收缩和膨胀、右手和左手扭转、向相反方向倾斜等。
关键观点4: 应用前景
这种新型液晶弹性体可用于制备单一材料软执行器，可简单地将多步双向可变性普适到各个不同长度尺度下，在软机器人到生物医学工程等领域有潜在应用。
关键观点5: 研究人员介绍及招聘
姚昱星博士是香港科技大学化学与生物工程系的助理教授/独立PI，长期致力于智能软材料、仿生材料等领域的研究。现正进行招聘，邀请有志于相关领域的优秀人才加入研究团队。
正文
近年来对于"智能"软物质执行器 （soft actuators）的开发多聚焦于实现自适应的复杂仿生结构变形。该类自适应行为常依赖于材料的非单调的环境响应，即随环境单调变化表现出相反的机械形变（即多步双向可变性）。可是由于目前大多数软材料仅可实现双稳态切换，从而使得实现更复杂行为需要在双稳态的材料上叠加复杂的几何设计或动力学控制。开发自身具有三稳态的材料可以更加简单且在各个尺度上实现复杂，类生命体中的逻辑行为。近日，美国哈佛大学Joanna
Aizenberg团队（一作为哈佛大学的Yuxing Yao（姚昱星博士，全职入职香港科技大学化工系）以及Atalaya Milan Wilborn）与美国俄亥俄州立大学Xiaoguang
Wang（王晓光）团队以及荷兰格罗宁根大学Michael Lerch团队合作，通过对于分子水平各向异性的液晶分子结构及相态的研究，开发了一种新型的液晶弹性体(LCEs)，展示了多步双向可变形性。该体系基于液晶弹性体构筑，通过端基液晶弹性体（end-on
LCEs）设计，通过以下设计实现了材料本征的对于环境的非单调响应：- 创建了旋转限制较小的侧链端基液晶-聚合物连接结构；
这种设计导致了两种高阶近晶相（smectic
phase）的出现 - 人字形斜向近晶C相(cSmC)和近晶A相(SmA)，这些相很少存在于以前研究的液晶弹性体中。这样的相态变化导致此类液晶弹性体可以通过在聚合过程中对液晶分子排列的磁场控制，实现多种多步双向变形模式：与通过多材料组分制备的器件相比，单一材料制备的软体执行器可以简单地将这种多步双向可变性普适到各个不同长度尺度下。研究人员展示了：- 对热、光和溶剂等刺激做出响应，并实现多尺度的非单调变形；
这项工作为在单组分材料中实现复杂变形提供了新策略，有别于以往依赖多材料符合或外部对于环境场编程的方法。利用在分子层次由相态控制的各项异性，可实现可编程、多步双向变形LCE软执行器。这项研究为开发模拟生物自适应等复杂行为的先进软材料开辟了新途径，在软机器人到生物医学工程等领域都有潜在应用。姚昱星博士在香港科技大学化学与生物工程系，担任助理教授/独立PI。研究方向立足于软材料、合成生物学和超声技术的交叉领域以实现可在无创精准医疗中应用的类生命体系智能材料。现诚邀有志于相关领域的优秀人才（包括博士后、博士生、硕士生、访问学者）加入研究团队！姚昱星博士2013年本科毕业于清华大学化学系化学生物学基础科学班，师从张希院士；2019年在哈佛大学获得化学博士学位，导师为Joanna Aizenberg院士。目前，姚博士在加州理工学院化学工程系及医学工程系从事博士后研究，师从HHMI研究员Mikhail Shapiro教授。姚博士长期致力于智能软材料(soft intelligent materials)，仿生材料 (biomimetic
materials)，生物分子超声 (biomolecular ultrasound)等领域的研究。姚博士以第一/共同第一作者在Science, PNAS, Advanced Materials, Science
Advances, Macromolecules, Biophysical Journal等期刊发表论文。实验室网站将在近期上线。学校概况：香港科技大学（The Hong Kong University of Science and Technology， HKUST），简称港科大，是香港的一所公立研究型大学。港科大创立于1991年，是香港第三所获得大学名衔的学府。建校仅三十年，港科大现已成为亚洲及全球领先的研究学府之一，并位居泰晤士高等教育世界年轻大学排名第二位。在2025年，港科大位列QS世界大学排名第47位。申请要求：具有材料科学、化学、超声物理、合成生物学、生物医学工程或相关领域的学术背景。雅思6.5或托福80分及以上。
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