【引言】

近年來，東南大學(xué)滴操液滴收集和運輸在生物傳感、趙遠(yuǎn)針陣縱材化學(xué)、列助力高料牛醫(yī)學(xué)、效液能源和衛(wèi)生領(lǐng)域得到不斷應(yīng)用，東南大學(xué)滴操受到越來越多人的趙遠(yuǎn)針陣縱材關(guān)注。一類實現(xiàn)高效的列助力高料牛液滴操作的方法是通過外部磁場、電場等引導(dǎo)液滴運動，效液這些方法大多高度依賴外部能量輸入，東南大學(xué)滴操并且只能處理具有特定大小范圍的趙遠(yuǎn)針陣縱材液滴，應(yīng)用受限。列助力高料牛另一類是效液將具有梯度潤濕性或功能性微結(jié)構(gòu)化的表面應(yīng)用于液滴操縱，其能量輸入低、東南大學(xué)滴操使用范圍相對廣泛。趙遠(yuǎn)針陣縱材但是列助力高料牛，大多數(shù)現(xiàn)有的潤濕性表面只能單向輸送液滴，功能單一。此外，它們還依賴于聚結(jié)或冷凝引發(fā)的液滴生長，以提供液滴驅(qū)動力。另外，由于清潔度決定了它們在微滴處理中的性能，因此這些表面幾乎不可回收。因此，具有多種液滴操縱能力的液滴操縱裝置仍在探索之中。

【成果簡介】

近日，東南大學(xué)趙遠(yuǎn)錦教授（通訊作者）結(jié)合自下而上的膠體自組裝，自上而下的光刻技術(shù)和微結(jié)構(gòu)化模具復(fù)制，制備了多仿生微針陣列超順滑表面，并將其用于液滴定向輸送、收集、多液滴混合等。該表面由中空水凝膠微針陣列組成，并以浸有潤滑劑的反蛋白石薄膜作為基底。親水凸起和疏水膜模擬了納米布沙漠甲蟲外殼的不均勻結(jié)構(gòu)；而浸潤的潤滑劑則使基底具有豬籠草的捕食管內(nèi)壁一樣的結(jié)構(gòu)；同時，與水生植物相似，空心的親水性微針可以依靠毛細(xì)管驅(qū)動力迅速吸引和捕獲各個方向的水滴，高度光滑的基材進(jìn)一步提高了這一過程的效率。值得注意的是，液滴驅(qū)動力僅來源于毛細(xì)驅(qū)動，而不是外部能量輸入。這一多仿生微針陣列超順滑表面還顯示出良好的的通用性和可回收性。相關(guān)研究成果以“Multibioinspired slippery surfaces with wettable bump arrays for droplets pumping? ”為題發(fā)表在PNAS上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖一、受多生物啟發(fā)的微針陣列超順滑表面

（A）納米布沙漠甲蟲的集水能力，主要取決于背部的親水性凸起和疏水性基底；

（B）基于SLIP結(jié)構(gòu)的豬籠草的液滴無損運輸能力；

（C）毛細(xì)管力驅(qū)動實現(xiàn)的挺水植物的種子采集；

（D）多仿生微針陣列超順滑表面結(jié)構(gòu)的示意圖；

（E）水輸送和收集的循環(huán)示意圖。

圖二、受多生物啟發(fā)的微針陣列超順滑表面的制備與表征

（A）制作過程的示意圖；

（B）PU反蛋白石薄膜的光學(xué)圖像；

（C）微針陰模，PU膜和光掩模板堆疊放置的光學(xué)圖像；

（D）PU膜-中空微針突起；

（E）注入潤滑油的超順滑表面。

圖三、受多生物啟發(fā)的微針陣列超順滑表面對單液滴的輸運

（A）以PEGDA為微針材料，硅油作為潤滑劑；

（B）以ETPTA為微針材料，硅油為潤滑劑；

（C）以PEGDA為微針材料，全氟化油為潤滑劑。

圖四、受多生物啟發(fā)的微針陣列超順滑表面的液滴收集

（A–D）從不同方向運輸和收集液滴；

（E）操縱并收集大量噴霧微滴。

圖五、受多生物啟發(fā)的微針陣列超順滑表面的集水性能

（A）基于受多生物啟發(fā)的微針陣列超順滑表面的集水裝置的示意圖；

（B–D）集水效率與通道直徑（B），相鄰微針間距（C）和微針高度（D）的函數(shù)關(guān)系。

【小結(jié)】

總而言之，受生物啟發(fā)，本文通過自下而上的膠體自組裝、自上而下的光刻技術(shù)和微結(jié)構(gòu)化的模具復(fù)制的方法，制造了多仿生微針陣列超順滑表面，用于定向液滴輸運和收集。通過模仿納米布沙漠甲蟲的背面結(jié)構(gòu)，豬籠草的捕食管內(nèi)壁結(jié)構(gòu)以及挺水植物的毛細(xì)管驅(qū)動力，這些表面被證明可以實現(xiàn)連續(xù)的多方向的液滴運輸。同時，被吸引的液滴聚集在空心微針陣列周圍，向下滲透，由于毛細(xì)作用最終被儲集層收集。受益于這些獨特的特征，這一表面是有望為液滴運輸、收集提供新的途徑。

文獻(xiàn)鏈接：“Multibioinspired slippery surfaces with wettable bump

arrays for droplets pumping”(PNAS，2019，DOI:doi.org/10.1073/pnas.1912467116 )

本文由材料人CYM編譯供稿。

通訊作者/團(tuán)隊簡介

趙遠(yuǎn)錦，教授，博導(dǎo)，國家“萬人計劃”科技領(lǐng)軍人才，國家優(yōu)青，江蘇省杰青，RSC Fellow。于2006年獲得東南大學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)士學(xué)位； 2009年到2010年到哈佛大學(xué)David A. Weitz 教授（美國三院院士）團(tuán)隊聯(lián)合培養(yǎng)；2011年畢業(yè)于東南大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位，并留校工作。2013年入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃”、江蘇省“六大人才高峰”資助計劃；2014年獲“江蘇省杰出青年基金”；2015年獲“國家優(yōu)秀青年基金”、“中國化學(xué)會青年化學(xué)獎”；2016年入選“江蘇省333高層次人才培養(yǎng)工程”；2017年入選“中國新銳科技人物”；2018年入選英國皇家化學(xué)會(RSC)的Fellow、科技部中青年科技領(lǐng)軍人才；2019年入選中組部“萬人計劃”科技領(lǐng)軍人才。

現(xiàn)在的主要研究方向有仿生材料與組織工程、微流控與器官芯片等。