可精准“操控”液滴的新型高分子材料润滑表面

       过去的十年间，一种称之为光滑液体注入多孔表面(SLIPS)的界面材料引起了科研人员的兴趣，由于其在光滑和粗糙表面之间展现出的可控性，可广泛应用于防污、防结冰和防蒸发等环境。近日，中国科学院深圳先进技术研究院联合香港城市大学的研究人员，基于智能高分子材料开发了一种通过光照就能产生电，并进一步精准操控液滴的的润滑表面（Sci. Adv., doi: 10.1126/sciadv.abp9369）。与传统的 SLIPS 相比，新型润滑表面的操控速度、反重力、通用性等各项性能更加突出。

图1 注入润滑剂的多孔表面平台。上图：LICS的液滴操作示意图。下图（左）：近红外照射下在 LICS 上向上移动的染色水滴；（右）LICS 微流控芯片。

       虽然科研人员已经探索了 SLIPS 在各种应用中的可行性，包括海洋光学仪器的防生物污损、具有自愈能力的腐蚀保护和被动除冰等。但在使用 SLIPS 进行液滴操控方面取得的效果却不尽人意，因为覆盖在固体表面的润滑层，往往会屏蔽掉固体表面的结构与功能特性，如表面结构梯度或电荷梯度等，使得通过表面梯度或外场操控液滴变得困难，极大影响了润滑表面的液滴操控效果及其实际应用。 

       针对这一挑战，研究团队构建了一种新型的智能高分子材料润滑表面（LICS），它由三种核心元素组成，分别是具有优异光热效应的液态金属颗粒、具有独特铁电效应的聚偏氟乙烯-三氟乙烯聚合物及用于锁住润滑层的微锥阵列结构。

       该项目负责人杜学敏表示，LICS优异的表面电荷再生能力，有效消除了润滑层对表面特性的屏蔽，为液滴快速响应、运动提供大的作用力。LICS 与 SLIPS 和超疏水表面相比具有多项优势，它能够实现液滴高速、长距离、反重力、单个到多个液滴、微观到宏观尺度液滴、平面到曲面基底、开放到封闭体系的精准操控。

       研究人员测试了 LICS 平台在生物医学上的应用，在开放环境中使用水凝胶珠创建各种形态并分析封闭通道微流体。此外，他们在封闭的 LICS 芯片中成功地操纵和融合了含有活性氧物种敏感荧光探针和干细胞悬浮液的液滴。

       “LICS既实现了开放体系下液滴的高效操控，又实现了封闭微流控芯片内液滴的无泵、远程、防挥发、防污染操控和生物应用，为新型界面材料和微流控体系的开发带来新思路，展现了化学和生物医学应用的潜在应用价值。”杜学敏表示。