微流控是一個(gè)具有集成通道的功能性平臺(tái)，能夠在微觀尺度上用于精確操縱微量流體的運(yùn)輸、分裂、融合等行為，常常被用來(lái)制備具有不同功能和形貌的模板材料，在化學(xué)、物理、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域具有重要意義。然而現(xiàn)有的液滴操控技術(shù)通常表現(xiàn)出均勻的浸潤(rùn)性控制行為，難以準(zhǔn)確地將液滴控制到某一位置或多個(gè)位置上,限制了其潛在的應(yīng)用價(jià)值。

日前，南京大學(xué)鼓樓醫(yī)院趙遠(yuǎn)錦教授課題組在微流控芯片液滴操控方面取得最新進(jìn)展。課題組成員受植物表面響應(yīng)性氣孔結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，開(kāi)發(fā)了一種具有可編程浸潤(rùn)性陣列的功能性表面，并將其應(yīng)用于微流控芯片液滴操控（圖1）。該研究成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（PNAS）上。

圖1 受植物刺激響應(yīng)性氣孔啟發(fā)的可編程浸潤(rùn)性陣列用于液滴操控的示意圖

在本課題中，研究人員利用微流控技術(shù)制備了包裹有氧化石墨烯（GO）復(fù)合水凝膠陣列的功能性表面。疏水處理后，該表面的基底呈現(xiàn)出良好的疏水性能，而相互連接的水凝膠陣列仍保持親水的特性。由于GO的光熱效應(yīng)和水凝膠的溫敏特性，近紅外照射能夠?qū)е掠H水的水凝膠陣列收縮回孔洞中，從而暴露出疏水基底，完成該表面對(duì)液滴的粘附狀態(tài)的可逆轉(zhuǎn)換。借助掩模板對(duì)光路的選擇性隔斷，該表面可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)液滴滑動(dòng)路徑的構(gòu)建（圖2）。

圖2 具有可編程浸潤(rùn)性陣列的功能性表面在近紅外的照射下進(jìn)行液滴操控

當(dāng)所述的功能性表面翻轉(zhuǎn)后，可以在近紅外的控制下切換液滴粘附能力實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴的可控釋放，從而為液滴轉(zhuǎn)運(yùn)和打印提供了良好的基礎(chǔ)（圖3）。該功能性表面不僅可以操控單個(gè)液滴，也可以同時(shí)操控多個(gè)液滴。基于這一特性，研究人員利用該表面釋放的液滴作為微反應(yīng)器成功合成了納米晶體，并完成了對(duì)多個(gè)濃度生物分子的檢測(cè)。通過(guò)進(jìn)一步集成不同圖案的掩模板，實(shí)現(xiàn)了液滴的選擇性釋放，適用于信息加密等領(lǐng)域。

圖3 可編程浸潤(rùn)性陣列通過(guò)可控釋放的液滴構(gòu)建微反應(yīng)器進(jìn)行化學(xué)合成以及生物檢測(cè)

相關(guān)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、NSAF聯(lián)合基金、江蘇省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://www.pnas.org/content/early/2020/02/12/1921281117

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