微流控是一個具有集成通道的功能性平臺，能夠在微觀尺度上用于精確操縱微量流體的運輸、分裂、融合等行為，常常被用來制備具有不同功能和形貌的模板材料，在化學、物理、生物醫學等多個領域具有重要意義。然而現有的液滴操控技術通常表現出均勻的浸潤性控制行為，難以準確地將液滴控制到某一位置或多個位置上,限制了其潛在的應用價值。

日前，南京大學鼓樓醫院趙遠錦教授課題組在微流控芯片液滴操控方面取得最新進展。課題組成員受植物表面響應性氣孔結構的啟發，開發了一種具有可編程浸潤性陣列的功能性表面，并將其應用于微流控芯片液滴操控（圖1）。該研究成果發表在國際頂級期刊《美國科學院院報》（PNAS）上。

圖1 受植物刺激響應性氣孔啟發的可編程浸潤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制備了包裹有氧化石墨烯（GO）復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的光熱效應和水凝膠的溫敏特性，近紅外照射能夠導致親水的水凝膠陣列收縮回孔洞中，從而暴露出疏水基底，完成該表面對液滴的粘附狀態的可逆轉換。借助掩模板對光路的選擇性隔斷，該表面可以同時實現多個液滴滑動路徑的構建（圖2）。

圖2 具有可編程浸潤性陣列的功能性表面在近紅外的照射下進行液滴操控

當所述的功能性表面翻轉后，可以在近紅外的控制下切換液滴粘附能力實現對液滴的可控釋放，從而為液滴轉運和打印提供了良好的基礎（圖3）。該功能性表面不僅可以操控單個液滴，也可以同時操控多個液滴。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器成功合成了納米晶體，并完成了對多個濃度生物分子的檢測。通過進一步集成不同圖案的掩模板，實現了液滴的選擇性釋放，適用于信息加密等領域。

圖3 可編程浸潤性陣列通過可控釋放的液滴構建微反應器進行化學合成以及生物檢測

相關研究工作得到了國家自然科學基金、NSAF聯合基金、江蘇省自然科學基金等項目的資助。

論文鏈接：

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

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