山西
近日，武汉大学动力与机械学院薛龙建教授团队在Science Advances在线发表了基于仿生策略构建的液体运输表面。论文题目为“Topological elastic liquid diode”（TELD，弹性液体二极管）。薛龙建教授、赵焱教授和香港理工大学王钻开教授为论文的共同通讯作者，工业科学研究院博士生张钰荣为论文的第一作者。
按需液体传输技术在微流控系统、喷墨打印及生物医学工程等领域具有广泛应用需求，其中液体定向运输是实现这些技术应用的关键环节。自然界中存在诸多具有自发定向液体运输能力的生物（如沙漠甲虫、仙人掌及多肉植物等），液体在其表面向曲率较小、表面能较高或钉扎效应较弱区域定向迁移。这一现象主要由拉普拉斯压力梯度、毛细作用力及液体扩散动力学驱动。受这些生物启发，研究人员通过仿生策略构建了具有化学梯度和/或形貌梯度的功能表面，实现了液体的被动定向运输。然而，这些被动式调控方法却难以实现流动方向的原位动态调控。相对而言，主动策略通过外部刺激（如热、光、超声波、磁场或电场）打破液滴润湿的对称性，使得液滴沿特定方向移动，并可以对液滴的运动方向实时操控。这些主动技术仅适用于小体积液滴，需要在液滴或基底中添加特定物质，具有一定的局限。此外，这些策略通常仅适用于疏液性（甚至超疏液性）表面，限制了其应用。因此，如何在亲液表面上实现液体流动方向可控调节仍是一个亟待解决的科学难题。
针对这一挑战，薛龙建教授团队创新性地提出了一种可在亲液表面实现液体流动方向原位可逆调控的新策略。该团队受南洋杉叶片三维棘轮结构启发，结合3D打印与软印刷技术，成功制备了具有三维棘轮阵列结构的弹性液体二极管（TELD）。TELD巧妙地将南洋杉叶片液体定向传输特性与硅橡胶弹性特性相结合，展现出以下显著优势：（1）实现了亲液表面液体流动在正交方向上的可控调节；（2）建立了两种模式可即时调控液体流动方向；（3）无需在TELD或液体中添加任何响应性物质即可实现上述功能。在模式1中，液体在TELD表面沿棘轮倾斜方向呈现单向流动特性；当TELD拉伸至临界伸长率（ε = 27%）以上时，流动方向发生90°转向，且通过拉伸-释放循环可对液体流动方向进行可逆调控。在模式2中，通过调控液体注射速率，在螺旋形TELD上实现了流动路径的“瞬时变轨”。此外，TELD在逻辑门控、液体应力阀、微流控反应器及雾水收集器等领域展现出广泛的应用潜力。该工作得到了国家自然科学基金委和国家重点研发计划的支持。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt9526
（来源：武汉大学 版 权属原作者 谨致谢意）
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