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俞燕蕾和易志坚两个团队的研究进展喜人
时间:2016-10-21 　　　　点击率:5165

编者按：金秋九月，在我们迎接国庆67周年的时刻，科学家门以他们研究的新成果向祖国和人民献礼。本刊仅撷取两则消息，以飨读者。

俞燕蕾和易志坚两个团队的研究进展喜人

1. 复旦俞燕蕾团队研发光控微流体新技术

9月8日，复旦大学材料科学系与聚合物分子工程国家重点实验室俞燕蕾教授团队在《自然》（Nature）杂志发表关于光控微流体领域的最新研究成果。据悉，该项研究成果已申报中国发明专利和国际PCT专利。

俞燕蕾团队突破了微流控系统简化的难题，创造性地采用自主研发的新型液晶高分子光致形变材料，构筑出具有光响应特性的微管执行器，在几平方厘米的芯片上，通过光操控各种液体的复杂流动，形成无需外接设备的驱动新机制。《自然》杂志的评审专家说，这种光控毛细管可以驱动各种类型的液体沿着曲径运动，甚至可以驱动液体爬坡。这类细小的管子可以用于生物医用设备、微泵等技术领域。审稿专家还认为，操控微量液体进行反应和分析的系统在许多实验室的研究中至关重要，并在很多领域展现出重要的实际应用价值。光能可以被用来激发液体运动，但是现有的光驱动技术存在驱动路径单一、驱动距离短，以及可驱动液体种类有限等缺陷。所以，国外同行专家对此项成果，给出了“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（Superior to all existing technologies; very nice piece of work with real openings）”的评价，并对其未来应用前景予以了充分肯定，称这项技术必将引起众多领域科学家的广泛兴趣。

下面来具体看看这个光控微流体的新技术吧：

（1）驱动新机制：光致形变令毛细作用力显“神通”。微量液体传输是涉及诸多领域的重要问题。诸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，都与之直接相关。近年来，伴随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瓶颈问题，亟待从根本上提出创新性的微流体驱动新机制。而可以精密聚焦，并能够做到非接触控制的光，恰以其如上特点成为了在微流体芯片上进行微小尺度的流体操控的上选。然而，已报道的光控液体运动或多或少存在限制。譬如，利用光诱导的马兰戈尼效应操控微量液体，需要向样本添加光响应化合物，样本污染在所难免；利用激光照射液体产生的热能进行操控，可能因温度变化而影响其在生化领域的应用；利用光诱导的表面润湿性梯度操控微量液体，则只适用于少数特定液体，且仅可做短程直线运动，无法满足实际需求……所以驱动路径单一、驱动距离短、可驱动液体种类有限是现有光控微流体技术的主要缺陷。俞燕蕾团队长期从事液晶高分子材料及其光致形变性能的研究，他们发现润湿的液体能够在轴向不对称毛细作用力驱动下，自发向锥形毛细管的细端移动。这样，团队别出心裁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的液滴运动，从而得以用一种与过往全然不同的方式实现液体的驱动。这一新机制突破了现有机制限制的基本方向。

管状微型执行器意图：a，动脉血管结构示意图；b，新型液晶高分子材料的分子结构；c，在光刺激下，微管由圆柱形形变为圆锥形，产生毛细作用力，推动液体向窄端移动（示意图）；d，在梯度衰减的470nm可见光照射下，微管执行器驱动液体运动；e，直形、Y形、S形、螺旋形微管执行器照片，管径~0.5mm。