9月8日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校工程科學(xué)學(xué)院微納米工程實驗室胡衍雷教授團(tuán)隊及其合作者，利用飛秒激光微納制造方法，制備了一種可用于跨尺度液滴操縱的磁響應(yīng)雙面神折紙機(jī)器人，實現(xiàn)了多樣化液滴操縱功能的有效集成，包括液滴的三維運(yùn)輸、合并、分裂、子液滴分發(fā)與按需釋放、攪拌以及遠(yuǎn)程加熱等。同時，這種操縱策略的高穩(wěn)定性賦予了其跨尺度液滴操縱能力。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《自然?通訊》。
對跨尺度液滴的多樣化操縱，在精細(xì)化學(xué)和生物醫(yī)療檢測等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用前景。從實用角度出發(fā)，有效的液滴操縱技術(shù)需要多功能集成及多尺度適用性。然而，如何進(jìn)一步擴(kuò)展磁響應(yīng)液滴操縱的功能，并將多樣化的液滴操縱功能從微升尺度擴(kuò)展到納升尺度仍極具挑戰(zhàn)。
科研人員介紹，磁響應(yīng)雙面神折紙機(jī)器人的上下表面分別具有不同的潤濕特性。機(jī)器人上表面為超疏水低液滴黏附狀態(tài)，而下表面則為疏水高液滴黏附狀態(tài)。同時，機(jī)器人的上表面還設(shè)計了兩條折痕，以使機(jī)器人與液滴相接觸時，可以在毛細(xì)力的作用下自發(fā)包裹液滴。機(jī)器人整體輪廓、折痕和表面微納功能結(jié)構(gòu)的加工和改性均由秒激光掃描而成。機(jī)器人在磁場驅(qū)動下通過翻滾主動靠近并包裹水滴，可以實現(xiàn)對水滴的可控運(yùn)輸。除此之外，磁響應(yīng)雙面神折紙機(jī)器人還可以通過定向翻滾與折疊從大液滴中分發(fā)出子液滴。通過控制磁場強(qiáng)度可以將分發(fā)的子液滴從機(jī)器人中擠出。機(jī)器人利用其特殊設(shè)計的超疏水外表面輕推水滴，可以實現(xiàn)子液滴的可控釋放分離。機(jī)器人也可以在磁場作用下旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)液體的可控混合，并結(jié)合其光熱特性實現(xiàn)遠(yuǎn)程加熱。
研究表明，磁響應(yīng)雙面神折紙機(jī)器人可以實現(xiàn)類似于商業(yè)化磁力攪拌機(jī)的攪拌及加熱功能。除了能夠?qū)崿F(xiàn)水的快速混合之外，通過機(jī)器人的加熱攪拌功能還可以有效實現(xiàn)高黏度液體（甘油）的快速混合。加熱溫度可以達(dá)到80℃以上。在實現(xiàn)多樣化液滴操縱的基礎(chǔ)上，研究人員讓磁響應(yīng)雙面神折紙機(jī)器人可以將多種液滴操縱功能有效集成，實現(xiàn)連續(xù)的液滴操縱目標(biāo)，這種多功能液滴操縱集成還能夠有效擴(kuò)展到納升尺度液滴上。最后，作為概念驗證，研究人員通過對磁響應(yīng)雙面神折紙機(jī)器人進(jìn)行表面修飾，并結(jié)合其多樣化的液滴操縱功能，成功實現(xiàn)了核酸的提取和純化。
研究人員介紹，磁響應(yīng)雙面神折紙機(jī)器人可以實現(xiàn)跨尺度液滴操縱，對精細(xì)化工、醫(yī)療診斷和微流體技術(shù)等廣泛需要精確獲取和添加試劑、微液滴圖案化和快速微液滴反應(yīng)等領(lǐng)域具有重要意義。
（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖）
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