東南大學趙遠錦團隊發《PNAS》：微針陣列的微流控液滴操控

　　近年來，由于其在能源、環境、生物醫療、化學反應等領域的應用價值，液滴操縱受到越來越多的關注。為了實現高效的液滴操縱，很多方法被開發出來，包括磁控制、電控制等。然而，這些方法大多數都高度依賴外部能量輸入，且對液滴尺寸、特性要求很高。為了解決這些問題，研究人員提出了具有梯度潤濕性的功能微結構表面。這些表面往往依靠液滴凝聚生長來提供液滴驅動力，可以簡單而有效地實現液滴操縱，耗能低，使用范圍相對廣泛。但是，現有的潤濕性表面仍存在一些不足，比如只能單向處理液滴、只能執行單一的功能，無法同時從多個方向操縱液滴。此外，這些表面的清潔程度對其在液滴操作中的性能至關重要，這些表面往往難以再次回收使用。因此，開發新型的微量液滴操縱裝置仍備受期待。

　　自然界可以給人們帶來很多啟發。納米布沙漠甲蟲進化出具有親水凸起和疏水蠟質表面的背部，可以在沙漠的干燥環境下收集小水滴（圖1）。豬籠草的捕食管內壁具有超順滑結構，能實現對液體的無損運輸。而挺水植物則可以利用毛細管驅動力從較遠的距離對不同大小的物體進行定向輸運。將這些結構或原理集成到液滴操縱系統有望在這一領域產生新的突破。

　　東南大學趙遠錦團隊本科生發《PNAS》：基于微針陣列的微流控液滴操控

圖1

　　受此啟發，東南大學趙遠錦教授課題組將自底向上的膠體自組裝技術、自頂向下的光刻技術和微結構復制技術結合，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。該微針為空心結構以水凝膠為材料，可以利用毛細驅動力從各個方向快速吸引和運輸水滴，而超順滑的基底進一步促進了這一過程。除了液滴運輸外，該仿生微針陣列超順滑表面還可以實現不同液滴的驅動混合，以及對液滴的收集。值得注意的是，液滴的操縱僅來自于毛細驅動，無需外部能量的輸入，這使得該仿生微針陣列超順滑表面具有效率高、通用性強、便于操作、可重復使用、可執行多個功能等優點。該仿生微針陣列超順滑表面可以為液滴操縱領域提供一個全新的視角，可集成到微流控系統中發揮重要的作用。

　　東南大學趙遠錦團隊本科生發《PNAS》：基于微針陣列的微流控液滴操控

　　相關結果發表在PNAS上，第一作者為2015級本科生張筱萱，趙遠錦教授為唯一通訊作者。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金NSAF聯合基金等項目的資助。

　　小編：據了解這已經不是2015級本科生張筱萱第一次在高水平雜志上發文了！！！早前幾個月，張筱萱同學在本科期間的工作就先后發表在發上了《Science Bulletin》、《Advanced Materials》。本科畢業就手握《PNAS》、《AM》，真是羨煞旁人！

　　延伸閱讀：

　　今年6月24日，受螳螂捕捉足上的倒刺結構的啟發，以靈活的磁流體作為主結構，通過模板復制的方法，制備了一種尖端從兩邊向中間傾斜的卡扣狀微針陣列（圖1）。該微針陣列內部載有用于治療銀屑病的藥物。制備的微針陣列可以很好地貼附在皮膚上，即使在運動狀態下也能保持較長時間的貼附。另外，該微針陣列還具有增強經皮給藥效率、實現藥物緩釋、對皮膚無傷害等優良性質，十分適合疾病治療。論文第一作者為2015級本科生張筱萱。相關論文以“Bio-inspired clamping microneedle arrays from flexible ferrofluid-configured moldings”發表在《Science Bulletin》。（報道鏈接：受螳螂啟發！東南大學本科生發明仿生“狗皮膏藥”）

　　東南大學趙遠錦團隊本科生發《PNAS》：基于微針陣列的微流控液滴操控

圖2 仿螳螂爪子的卡扣狀微針陣列

　　2019年7月5日，東南大學趙遠錦教授課題組提出了用搭載光子晶體的編碼微針進行組織液中生物標記物檢測的設想，該研究成果論文發表于國際知名學術刊物《Advanced Materials》上（影響因子：25.809）。論文第一作者為2015級本科生張筱萱。（報道鏈接：東南大學趙遠錦組本科生發《AM》：研發出皮膚檢測的高通量編碼微針）

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圖2 光子晶體編碼微針的制備和應用

　　參考文獻：

　　X.X. Zhang, L.Y. Sun, Y. Wang, F.K. Bian, Y.T. Wang, Y.J. Zhao. Multibioinspired slippery surfaces with wettable bump arrays for droplets pumping.

　　https://doi.org/10.1073/pnas.1912467116