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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 作者：羊舌木 點擊量：4155
中國科學院深圳先進技術研究院生物醫學與健康工程研究所杜學敏團隊聯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 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，有些豬籠草捕籠內壁覆蓋著一層光滑的蠟質，使得落入捕籠的昆蟲在內壁上站立不穩，很難逃出生天。另一些豬籠草捕籠的內壁雖然并沒有蠟質，但它們能夠在內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，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學與健康工程研究所杜學敏團隊聯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，分別是具有優異光熱效應的液態金屬顆粒、具有獨特鐵電效應的聚偏氟乙烯-三氟乙烯聚合物，這兩者協同能將光熱轉變為表面電荷，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生電荷，LICS能實現液滴高速、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，但可以通過調整光的強度來拉拽不同重量的液滴。
實現液體的精準控制得益于LICS優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10000次近紅外光開/關循環或浸泡在硅油中長達6個月均無明顯衰減，這一穩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LICS芯片內的液滴快速、精準穿越芯片通道。此外，LICS芯片內的無接觸、遠程光驅動液滴功能，既能防液滴揮發，又無需在液滴中添加輔助液滴運動的物質，避免了交叉污染，在凝血檢測等生物應用方面展現出優異的可靠性。此外，研究人員利用LICS實時光熱誘導表面電荷產生功能特性，還成功實現了LICS芯片內的細胞實時刺激，及細胞響應原位監測。
該LICS既實現了開發體系下液滴的高效操控，又實現了密閉的微流控芯片內液滴的無泵、遠程、防揮發、防污染操控和生物應用，為新型界面材料和微流體的開發帶來新思路，展現了化學和生物醫學應用的潛在應用價值。
(資料來源：科技日報)
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