东南大学赵远锦团队发《PNAS》：微针阵列的微流控液滴操控

　　近年来，由于其在能源、环境、生物医疗、化学反应等领域的应用价值，液滴操纵受到越来越多的关注。为了实现高效的液滴操纵，很多方法被开发出来，包括磁控制、电控制等。然而，这些方法大多数都高度依赖外部能量输入，且对液滴尺寸、特性要求很高。为了解决这些问题，研究人员提出了具有梯度润湿性的功能微结构表面。这些表面往往依靠液滴凝聚生长来提供液滴驱动力，可以简单而有效地实现液滴操纵，耗能低，使用范围相对广泛。但是，现有的润湿性表面仍存在一些不足，比如只能单向处理液滴、只能执行单一的功能，无法同时从多个方向操纵液滴。此外，这些表面的清洁程度对其在液滴操作中的性能至关重要，这些表面往往难以再次回收使用。因此，开发新型的微量液滴操纵装置仍备受期待。

　　自然界可以给人们带来很多启发。纳米布沙漠甲虫进化出具有亲水凸起和疏水蜡质表面的背部，可以在沙漠的干燥环境下收集小水滴（图1）。猪笼草的捕食管内壁具有超顺滑结构，能实现对液体的无损运输。而挺水植物则可以利用毛细管驱动力从较远的距离对不同大小的物体进行定向输运。将这些结构或原理集成到液滴操纵系统有望在这一领域产生新的突破。

　　东南大学赵远锦团队本科生发《PNAS》：基于微针阵列的微流控液滴操控

图1

　　受此启发，东南大学赵远锦教授课题组将自底向上的胶体自组装技术、自顶向下的光刻技术和微结构复制技术结合，制备了多仿生微针阵列超顺滑表面，并将其用于液滴定向输送、收集、多液滴混合等。该微针为空心结构以水凝胶为材料，可以利用毛细驱动力从各个方向快速吸引和运输水滴，而超顺滑的基底进一步促进了这一过程。除了液滴运输外，该仿生微针阵列超顺滑表面还可以实现不同液滴的驱动混合，以及对液滴的收集。值得注意的是，液滴的操纵仅来自于毛细驱动，无需外部能量的输入，这使得该仿生微针阵列超顺滑表面具有效率高、通用性强、便于操作、可重复使用、可执行多个功能等优点。该仿生微针阵列超顺滑表面可以为液滴操纵领域提供一个全新的视角，可集成到微流控系统中发挥重要的作用。

　　东南大学赵远锦团队本科生发《PNAS》：基于微针阵列的微流控液滴操控

　　相关结果发表在PNAS上，第一作者为2015级本科生张筱萱，赵远锦教授为唯一通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金NSAF联合基金等项目的资助。

　　小编：据了解这已经不是2015级本科生张筱萱第一次在高水平杂志上发文了！！！早前几个月，张筱萱同学在本科期间的工作就先后发表在发上了《Science Bulletin》、《Advanced Materials》。本科毕业就手握《PNAS》、《AM》，真是羡煞旁人！

　　延伸阅读：

　　今年6月24日，受螳螂捕捉足上的倒刺结构的启发，以灵活的磁流体作为主结构，通过模板复制的方法，制备了一种尖端从两边向中间倾斜的卡扣状微针阵列（图1）。该微针阵列内部载有用于治疗银屑病的药物。制备的微针阵列可以很好地贴附在皮肤上，即使在运动状态下也能保持较长时间的贴附。另外，该微针阵列还具有增强经皮给药效率、实现药物缓释、对皮肤无伤害等优良性质，十分适合疾病治疗。论文第一作者为2015级本科生张筱萱。相关论文以“Bio-inspired clamping microneedle arrays from flexible ferrofluid-configured moldings”发表在《Science Bulletin》。（报道链接：受螳螂启发！东南大学本科生发明仿生“狗皮膏药”）

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图2 仿螳螂爪子的卡扣状微针阵列

　　2019年7月5日，东南大学赵远锦教授课题组提出了用搭载光子晶体的编码微针进行组织液中生物标记物检测的设想，该研究成果论文发表于国际知名学术刊物《Advanced Materials》上（影响因子：25.809）。论文第一作者为2015级本科生张筱萱。（报道链接：东南大学赵远锦组本科生发《AM》：研发出皮肤检测的高通量编码微针）

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图2 光子晶体编码微针的制备和应用

　　参考文献：

　　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