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新型潤滑表面不僅能夠光照生電 還能“操控”液體
2022年07月11日 11:48:50
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：4142
中國科學院深圳先進技術研究院生物醫(yī)學與健康工程研究所杜學敏團隊聯(lián)合香港城市大學王鉆開團隊，構建了一種新型的智能高分子材料潤滑表面
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】我們在灑了水的地板上行走，一不留神就會滑倒，這說明液體能夠提供比固體更好的潤滑作用。在自然界中，有些豬籠草捕籠內(nèi)壁覆蓋著一層光滑的蠟質(zhì)，使得落入捕籠的昆蟲在內(nèi)壁上站立不穩(wěn)，很難逃出生天。另一些豬籠草捕籠的內(nèi)壁雖然并沒有蠟質(zhì)，但它們能夠在內(nèi)壁上覆蓋薄薄的一層雨水，以阻止獵物逃跑。由于籠身長期處于傾斜和豎直狀態(tài)，當獵物靠近時會滑落至籠中，淪為豬籠草的盤中餐。
科學家們解釋，覆蓋在固體表面的潤滑層，往往會屏蔽掉表面的結構與功能特性，如表面結構梯度或電荷梯度等，使得通過表面梯度或外場操控液體變得困難，極大影響了潤滑表面的液滴操控效果及其實際應用。在豬籠草潤滑的葉子表面上，水滴會受到重力的影響而往下流，那么，能否在潤滑表面做到水滴往上走呢？
中國科學院深圳先進技術研究院生物醫(yī)學與健康工程研究所杜學敏團隊聯(lián)合香港城市大學王鉆開團隊，構建了一種新型的智能高分子材料潤滑表面(LICS)，它由三種核心元素組成，分別是具有優(yōu)異光熱效應的液態(tài)金屬顆粒、具有獨特鐵電效應的聚偏氟乙烯-三氟乙烯聚合物，這兩者協(xié)同能將光熱轉變?yōu)楸砻骐姾?，及用于鎖住潤滑層的微錐陣列結構。
通過智能高分子材料的光熱誘導表面產(chǎn)生電荷，LICS能實現(xiàn)液滴高速、長距離、反重力、簡單液體到復雜液體、單個到多個液滴、微觀到宏觀尺度液滴、平面到曲面基底、開放到封閉體系的精準操控。即用光照就能精準控制在LICS上的液滴的運動，盡管由于不同重量的液滴帶來的阻力不同，LICS對液滴的重量也是有要求的，但可以通過調(diào)整光的強度來拉拽不同重量的液滴。
實現(xiàn)液體的精準控制得益于LICS優(yōu)異的表面電荷再生能力，LICS在0.5秒的近紅外光輻照下，可產(chǎn)生表面電荷密度高達1280皮庫每平方毫米(pC/mm2)，有效消除了潤滑層對表面特性的屏蔽，為液滴快速響應、運動提供大的作用力；而且電荷再生性能在持續(xù)10000次近紅外光開/關循環(huán)或浸泡在硅油中長達6個月均無明顯衰減，這一穩(wěn)定的電荷再生性能確保了LICS用于液滴操控的長期有效性。
基于LICS的柔性與共形特性，研究人員還將LICS封裝成密閉的微流控芯片，利用手持激光筆即可實現(xiàn)LICS芯片內(nèi)的液滴快速、精準穿越芯片通道。此外，LICS芯片內(nèi)的無接觸、遠程光驅(qū)動液滴功能，既能防液滴揮發(fā)，又無需在液滴中添加輔助液滴運動的物質(zhì)，避免了交叉污染，在凝血檢測等生物應用方面展現(xiàn)出優(yōu)異的可靠性。此外，研究人員利用LICS實時光熱誘導表面電荷產(chǎn)生功能特性，還成功實現(xiàn)了LICS芯片內(nèi)的細胞實時刺激，及細胞響應原位監(jiān)測。
該LICS既實現(xiàn)了開發(fā)體系下液滴的高效操控，又實現(xiàn)了密閉的微流控芯片內(nèi)液滴的無泵、遠程、防揮發(fā)、防污染操控和生物應用，為新型界面材料和微流體的開發(fā)帶來新思路，展現(xiàn)了化學和生物醫(yī)學應用的潛在應用價值。
(資料來源：科技日報)
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