Small: 手指上的光控运水——柔性光流控微管

柔性微流控器件在外力作用下可以改变形状以适应不同检测环境的需求,具有良好的机体适应性,有望在可穿戴与可植入生物医疗器件中应用。然而,目前微流控器件的构筑都使用非响应性材料,本身不具备液体自驱动能力,需要依赖外部泵阀等设备完成液体的控制,不利于器件的便携化与可穿戴性。

2016年,复旦大学俞燕蕾教授课题组提出光致毛细作用力定向驱动液体运输的新策略,利用光响应线型液晶高分子构筑微通道实现液体的精确操控。基于这种原理,近期该团队设计了一种新型的线型液晶高分子PABBP,通过与商用柔性EVA微管的复合,构筑了一种全光控双层微管执行器。

PABBP具有优异的力学性能和光致形变能力,在光照下可以将形变有效地传递至EVA外层,诱导微管中液柱两端产成不对称毛细作用力,实现各种液体包括高粘度硅油以及水的定向运输。利用这种双层微管可以构筑微泵、环形反应器、多通道控制器等多种原型样机,以满足不同液体操控功能的需求。同时,双层微管在自身形状改变时仍能保持良好的液体运输能力;如,附着在手指上的双层微管执行器能随着手指弯曲而改变形状但不会折断,且在蓝光驱动下仍能实现管内液体的定向移动。进一步,该团队还发现PABBP具有一定的自修复能力,随着紫外光照时间的延长,原本受损的内层微管逐渐回复到平滑的状态,重新与外层EVA管贴合,并能重新运输液体,有效提升复合微管的使用寿命。

该工作中构筑的双层微管不仅能够作为实验室微流控芯片中的基本组成单元,实现液体运输功能的集成化;同时这种微管有望作为可穿戴微流控部件,进一步实现柔性器件的便携化和小型化。相关成果发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201901847)上。论文的第一作者为复旦大学材料科学系博士生许波,通讯作者为俞燕蕾教授。