形状记忆聚合物（SMP）能够在软体机器人、自适应结构和生物医学器件中实现非接触式形状变形，近红外（NIR）光因响应快、空间选择性和操作便利而成为重要的远程触发方式。高效NIR驱动要求光热颗粒在聚合物基体中快速、均匀地将光转化为热。MXene（尤其Ti₃C₂Tₓ）具有强宽带吸收、低发射率和高效光热转换能力，是极具潜力的光热填料。然而，MXene 直接分散于聚合物中易发生纳米片重堆叠与团聚，造成局部热点、非均匀产热和能量利用率下降，低负载下实现高效驱动仍具挑战。

传统溶液共混、熔融加工和原位聚合对纳米片空间组织调控有限；界面组装虽可改善分布，仍难以精确控制颗粒尺寸、壳层形貌和光热颗粒结构。由于光子输运、光吸收和产热均高度依赖材料架构，光热颗粒的空间排布与其本征光学性质同等重要。因此，精确工程化光热颗粒结构、实现光吸收与产热在基体中的空间均匀分布，是推进远程驱动智能复合材料发展的关键。

新加坡国立大学 Daria V. Andreeva 教授与 2010 年诺奖得主 Kostya S. Novoselov 教授合作，在 Advanced Functional Materials 报道了一种流动聚焦微流控策略：把 MXene 纳米片组装成 7–10 nm 厚的"补丁状"壳，包裹在聚合物核外，得到斑块状核壳微球（CSS）。掺入聚乳酸（PLA）后，MXene 载量仅 0.0024 wt%，近红外照射下 25 秒内即可完成约 95% 的形状恢复。

图1 MXene核壳微球的结构表征。

01 为什么不直接把MXene掺进聚合物？

MXene 纳米片本身吸光强，但二维片层在聚合物里一旦堆叠，光穿透深度有限，深层材料难以被光照到。红外热成像显示，直接分散 MXene 的 PLA 复合材料在近红外照射下出现明显的局部热点，整块材料温度不均；而把 MXene 做成空间分散的补丁壳微球后，每个微球上的 MXene 补丁成为遍布基体的加热位点，各自产热并传导至周围 PLA，相邻温度场互相叠加，整块材料升温更均匀（图2E）。

02 为什么用微流控来做这种颗粒？

要把 MXene 纳米片"贴"到聚合物核表面，需要一个能在液–液界面上精确组装、又能独立控制粒径和壳层的平台。流动聚焦微流控正好提供了这个条件：连续相（MXene 水分散液，调 pH）以 300–1000 μL/min 注入，核相（UV 固化树脂）恒流 1 μL/min；在聚焦点，高速连续相把核相剪切成单分散液滴，MXene 纳米片因两亲性（疏水 Ti-C 基面贴聚合物核、亲水端基朝水相）自发吸附到液滴界面。液滴随后进入下游透明毛细管，经 405 nm 在线 UV 固化交联核相，防止聚并；下游还引入一股 pH 9 水相隔开液滴。
由此得到的微球粒径在 37.5–90 μm 之间，仅靠调节连续相与核相的流速比即可精确设定。这里微流控的角色很明确：它不是光热转换的来源，而是把 MXene 纳米片按设计排布到聚合物核表面的"组装平台"——粒径、壳覆盖率、空间分布这三个参数，在传统共混里是耦合在一起的，在微流控里可以分别调节。

03 pH，怎么就成了"壳覆盖率旋钮"？

在该微流控平台上，只需调节 MXene 分散液的 pH，即可单独改变壳层覆盖率而不改变壳厚。pH 9 时，MXene 表面端基部分去质子化，界面亲和力适中，纳米片在液滴表面连续铺展，形成约 60% 覆盖率的近连续壳（MXene 含量 0.117 wt%）；pH 11 时，进一步去质子化使表面负电荷密度升高，纳米片之间静电排斥增强，横向组装被抑制，形成不连续的补丁壳，覆盖率降到约 30%（MXene 含量 0.070 wt%）。AFM 测得两种条件下壳厚均为 7–8 nm——pH 调的是"铺多满"，不是"铺多厚"。

04 补丁壳，真比连续壳和直接分散好吗？

在相同 MXene 载量（0.0024 wt%）下，补丁壳微球掺入 PLA 后，近红外（850 nm，1.8 W/cm²）照射下 8 秒即升至 60 ℃（高于 PLA 玻璃化转变温度 52.3 ℃），而直接分散 MXene 的样品需要 54 秒，加热效率提升约 6 倍；形状恢复上，补丁壳样品 25 秒内恢复约 95%，直接分散样品 150 秒仅恢复约 63%，纯 PLA 无恢复（图2、图3）。Monte Carlo 光子输运模拟给出了原因：补丁之间的缝隙让光透得更深，补丁壳构型吸收的光子能量是团聚 MXene 片的约 78 倍，而连续壳反而会把光挡在第一层。100 次循环后，微球的光热升温速率保持稳定，形状恢复率从约 97% 降到 73%，作者将其归因于 PLA 基体自身的疲劳，而非微球光热性能衰减。

需要说明的是，以上均为 PLA 复合材料层面的原理验证，软体机器人或生物医学器件的实际应用仍需后续材料体系与生物相容性验证。

图2 CSS、掺入MXene片的复合材料及纯PLA的光热加热性能。

图3 掺入MXene核壳微球（CSS）与直接添加MXene片的PLA复合材料的近红外光驱动形状记忆性能对比。

05 这项研究，对微流控造功能颗粒有什么启发？

把视角从 MXene 材料本身拉开，这项工作显示了微流控在"功能颗粒架构"上的一个独特位置：当光热、催化、传感等功能纳米材料需要在聚合物基体里空间可控地排布、而不是简单地"加进去"时，微流控的界面组装能力可以把纳米片组装成超薄、补丁状、覆盖率可调的壳层，让光子（或反应物）既能接触到功能材料、又能穿透到材料深处。

这提示了一个趋势：微流控正在从"做均一微球"走向"做可编程的颗粒架构"——粒径、壳覆盖率、空间分布可以分别调节，而不像传统共混那样相互耦合、难以单独调控。论文也指出，微流控常被认为通量低，但通过芯片并行化（单平台集成约 10⁴ 个液滴发生器），这类功能颗粒具备了规模化制备的现实路径。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.79160
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