微量液体传输是涉及诸多领域的科学问题,如昂贵液体药品的无损转移、微流体器件与生物芯片中的液体驱动等。近年来,随着微流体芯片的自身尺寸不断缩小,功能单元数量日益增多,相应的外部驱动设备和管路越来越复杂和庞大。微流控系统的进一步简化成为制约微流体领域发展的技术瓶颈。传统的微流体器件通常采用硅材料、玻璃等非响应性材料构建,难以满足三维立体形状执行器的实际加工需要。
聚合物分子工程国家重点实验室(复旦大学)俞燕蕾教授研究团队创新性地设计构建出一种管径可在常用LED可见光源刺激下发生不对称变化的微米尺度液晶高分子微管执行器,兼具流体通道和驱动泵的双重功能。通过由管径变化所诱发的毛细作用力变化,利用光来操控微管中液滴运动。该团队还成功制备出超高分子量的新型光致形变液晶高分子材料,该材料可成功构筑出直形、Y形、S形及螺旋形自支撑微管执行器,用于在光照条件下操控不同类型的液体运动。
基于在微流体器件构筑材料及驱动机制两方面的创新,实验室的研究成果有效克服了现有光控微流体技术的不足。所设计构筑的微管执行器可以实现对各种极性和非极性液体、复杂流体,生物样品等输运的光控,是一种全新概念的微流控技术。作为基础性研究,该微管执行器有望在生物医药设备、生化检测分析、微流反应器、芯片实验室等诸多领域得到广泛应用。这项发现被国外同行专家评价为“超越现有的微流体操控技术,是具有真正开创意义的优秀成果”。该研究成果于2016年9月在《自然》(Nature)期刊上发表。