第一作者：Xun Zhao, Yihao Zhou, Yang Song

通訊作者：陳俊

通訊單位：美國加州大學(xué)洛杉磯分校

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布朗運動使微觀分散的納米粒子在鐵磁流體中保持穩(wěn)定，并導(dǎo)致磁化弛豫和抑制永磁性。本研究通過非布朗運動的磁性顆粒自組裝形成三維定向和分支磁性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，成功創(chuàng)造了一種具有高磁化、流動性和可重構(gòu)性的永久性流體磁體（PFM）。

這種結(jié)構(gòu)具有高矯頑力和永久磁化特性，實現(xiàn)了長期磁化穩(wěn)定性。研究團(tuán)隊建立了理論模型來解釋永久性流體磁體的形成標(biāo)準(zhǔn)，并制定了通用的組裝指南。

此外，研究者開發(fā)了基于PFM的可注射和可回收的液體生物電子學(xué)，用于高度敏感、自供電的無線心血管監(jiān)測。這些發(fā)現(xiàn)突出了永久性流體磁體作為超軟材料在液體設(shè)備和系統(tǒng)中的潛力，從生物電子學(xué)到機(jī)器人技術(shù)。

圖文導(dǎo)讀

圖1：傳統(tǒng)永磁體與PFM的比較，包括PFM內(nèi)部的3D ORM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及其對應(yīng)的磁滯回線。

圖2：PFM形成過程的理解，包括不同脈沖磁場下合成的PFM的微觀結(jié)構(gòu)，以及3D ORM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與PFM系統(tǒng)鐵磁性的關(guān)系。

圖3：PFM的特性，包括其在外部磁場下的動態(tài)重構(gòu)能力，以及PFM的流變學(xué)和穩(wěn)定性。

圖4：基于PFM的液體生物電子學(xué)，其在無線和最小侵入性方式下測量內(nèi)部生理信號的能力。

圖5：體內(nèi)可注射心律失常監(jiān)測的實驗過程，包括PFM在動物模型中的心臟生物力學(xué)監(jiān)測。

總結(jié)展望

本研究開發(fā)的永久性流體磁體（PFM）是一種新型的磁性材料，它通過非布朗磁性顆粒自組裝形成穩(wěn)定的3D磁性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出高矯頑力（約699.91 Oe）和剩余磁化（約47.06 emu g^?1）。

PFM不僅保持了磁性顆粒的布朗運動和膠體穩(wěn)定性，還實現(xiàn)了可重構(gòu)性和永久磁化的結(jié)合。此外，PFM的生物兼容性良好，細(xì)胞存活率高達(dá)98%，證明了其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的潛力。

PFM的這種獨特性質(zhì)使其在傳感器、機(jī)器人技術(shù)和可編程液體結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是在水下環(huán)境中。研究PFM可能會在許多未探索的領(lǐng)域中解鎖新自由度和流動性。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Permanent fluidic magnets for liquid bioelectronics

期刊：Nature Materials

DOI：10.1038/s41563-024-01802-6