新型潤(rùn)滑表面不僅能夠光照生電 還能“操控”液體
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】我們?cè)跒⒘怂牡匕迳闲凶撸徊涣羯窬蜁?huì)滑倒，這說(shuō)明液體能夠提供比固體更好的潤(rùn)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(chóng)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(méi)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(zhǎng)期處于傾斜和豎直狀態(tài)，當(dāng)獵物靠近時(shí)會(huì)滑落至籠中，淪為豬籠草的盤(pán)中餐。
科學(xué)家們解釋，覆蓋在固體表面的潤(rùn)滑層，往往會(huì)屏蔽掉表面的結(jié)構(gòu)與功能特性，如表面結(jié)構(gòu)梯度或電荷梯度等，使得通過(guò)表面梯度或外場(chǎng)操控液體變得困難，極大影響了潤(rùn)滑表面的液滴操控效果及其實(shí)際應(yīng)用。在豬籠草潤(rùn)滑的葉子表面上，水滴會(huì)受到重力的影響而往下流，那么，能否在潤(rùn)滑表面做到水滴往上走呢？
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所杜學(xué)敏團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港城市大學(xué)王鉆開(kāi)團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建了一種新型的智能高分子材料潤(rùn)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(yīng)的液態(tài)金屬顆粒、具有獨(dú)特鐵電效應(yīng)的聚偏氟乙烯-三氟乙烯聚合物，這兩者協(xié)同能將光熱轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻骐姾?，及用于鎖住潤(rùn)滑層的微錐陣列結(jié)構(gòu)。
通過(guò)智能高分子材料的光熱誘導(dǎo)表面產(chǎn)生電荷，LICS能實(shí)現(xiàn)液滴高速、長(zhǎng)距離、反重力、簡(jiǎn)單液體到復(fù)雜液體、單個(gè)到多個(gè)液滴、微觀到宏觀尺度液滴、平面到曲面基底、開(kāi)放到封閉體系的精準(zhǔn)操控。即用光照就能精準(zhǔn)控制在LICS上的液滴的運(yùn)動(dòng)，盡管由于不同重量的液滴帶來(lái)的阻力不同，LICS對(duì)液滴的重量也是有要求的，但可以通過(guò)調(diào)整光的強(qiáng)度來(lái)拉拽不同重量的液滴。
實(shí)現(xiàn)液體的精準(zhǔn)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(dá)1280皮庫(kù)每平方毫米(pC/mm2)，有效消除了潤(rùn)滑層對(duì)表面特性的屏蔽，為液滴快速響應(yīng)、運(yùn)動(dòng)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(kāi)/關(guān)循環(huán)或浸泡在硅油中長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月均無(wú)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(zhǎng)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(shí)現(xiàn)LICS芯片內(nèi)的液滴快速、精準(zhǔn)穿越芯片通道。此外，LICS芯片內(nèi)的無(wú)接觸、遠(yuǎn)程光驅(qū)動(dòng)液滴功能，既能防液滴揮發(fā)，又無(wú)需在液滴中添加輔助液滴運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)，避免了交叉污染，在凝血檢測(cè)等生物應(yīng)用方面展現(xiàn)出優(yōu)異的可靠性。此外，研究人員利用LICS實(shí)時(shí)光熱誘導(dǎo)表面電荷產(chǎn)生功能特性，還成功實(shí)現(xiàn)了LICS芯片內(nèi)的細(xì)胞實(shí)時(shí)刺激，及細(xì)胞響應(yīng)原位監(jiān)測(cè)。
該LICS既實(shí)現(xiàn)了開(kāi)發(fā)體系下液滴的高效操控，又實(shí)現(xiàn)了密閉的微流控芯片內(nèi)液滴的無(wú)泵、遠(yuǎn)程、防揮發(fā)、防污染操控和生物應(yīng)用，為新型界面材料和微流體的開(kāi)發(fā)帶來(lái)新思路，展現(xiàn)了化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的潛在應(yīng)用價(jià)值。
(資料來(lái)源：科技日?qǐng)?bào))
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