南京大学鼓楼医院赵远锦教授团队《PNAS》：在微流控芯片液滴操控方面取得最新进展

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微流控是一个具有集成通道的功能性平台，能够在微观尺度上用于精确操纵微量流体的运输、分裂、融合等行为，常常被用来制备具有不同功能和形貌的模板材料，在化学、物理、生物医学等多个领域具有重要意义。然而现有的液滴操控技术通常表现出均匀的浸润性控制行为，难以准确地将液滴控制到某一位置或多个位置上,限制了其潜在的应用价值。

日前，南京大学鼓楼医院赵远锦教授课题组在微流控芯片液滴操控方面取得最新进展。课题组成员受植物表面响应性气孔结构的启发，开发了一种具有可编程浸润性阵列的功能性表面，并将其应用于微流控芯片液滴操控（图1）。该研究成果发表在国际顶级期刊《美国科学院院报》（PNAS）上。

图1 受植物刺激响应性气孔启发的可编程浸润性阵列用于液滴操控的示意图

在本课题中，研究人员利用微流控技术制备了包裹有氧化石墨烯（GO）复合水凝胶阵列的功能性表面。疏水处理后，该表面的基底呈现出良好的疏水性能，而相互连接的水凝胶阵列仍保持亲水的特性。由于GO的光热效应和水凝胶的温敏特性，近红外照射能够导致亲水的水凝胶阵列收缩回孔洞中，从而暴露出疏水基底，完成该表面对液滴的粘附状态的可逆转换。借助掩模板对光路的选择性隔断，该表面可以同时实现多个液滴滑动路径的构建（图2）。

图2 具有可编程浸润性阵列的功能性表面在近红外的照射下进行液滴操控

当所述的功能性表面翻转后，可以在近红外的控制下切换液滴粘附能力实现对液滴的可控释放，从而为液滴转运和打印提供了良好的基础（图3）。该功能性表面不仅可以操控单个液滴，也可以同时操控多个液滴。基于这一特性，研究人员利用该表面释放的液滴作为微反应器成功合成了纳米晶体，并完成了对多个浓度生物分子的检测。通过进一步集成不同图案的掩模板，实现了液滴的选择性释放，适用于信息加密等领域。

图3 可编程浸润性阵列通过可控释放的液滴构建微反应器进行化学合成以及生物检测

相关研究工作得到了国家自然科学基金、NSAF联合基金、江苏省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：

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

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