實(shí)現(xiàn)流體可控傳輸?shù)拈_(kāi)放式形狀記憶微流控芯片

開(kāi)放微流控系統(tǒng)由于具有易制備和使用靈活等特點(diǎn)在即時(shí)檢測(cè)和生物化學(xué)領(lǐng)域有較大發(fā)展?jié)摿Α?br />
然而，傳統(tǒng)的微閥和微泵很難集成在開(kāi)放通道微流控芯片上，流體受控差是開(kāi)放式微流控的一個(gè)共同缺點(diǎn)。形狀記憶聚合物作為一種“智能”材料，在外部刺激下可局部或整體發(fā)生形狀變化，在流體驅(qū)動(dòng)與控制等方面有潛在應(yīng)用價(jià)值。

近日，東北大學(xué)徐章潤(rùn)教授團(tuán)隊(duì)提出了一種通過(guò)控制開(kāi)放通道中形狀記憶微結(jié)構(gòu)變形引起的連續(xù)拉普拉斯壓力來(lái)控制液體流動(dòng)的方法。

該工作中，基于乙烯-醋酸乙烯共聚物制備了形狀記憶開(kāi)放通道微流控芯片，通道中均勻分布著多米諾骨牌狀的矩形微柱。

微柱中因含有Fe?O?納米材料和還原鐵粉，而具有光熱響應(yīng)和磁響應(yīng)能力。在磁力輔助下，可通過(guò)近紅外光照射調(diào)節(jié)微柱彎曲角度和彎曲方向。

流體在開(kāi)放通道中流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力有兩個(gè)，一個(gè)是由于親水性通道中的毛細(xì)作用，另一個(gè)是流體在彎曲微柱誘導(dǎo)下產(chǎn)生的拉普拉斯壓力。

基于此實(shí)現(xiàn)了通過(guò)對(duì)通道內(nèi)微柱賦形來(lái)設(shè)定流體的流動(dòng)路徑。流體在通道中的流速取決于通道壁表面的潤(rùn)濕性和微柱彎曲角度，因此通過(guò)調(diào)節(jié)通道壁表面親水性和微柱彎曲角度實(shí)現(xiàn)了對(duì)流體流動(dòng)速度的調(diào)控。

此外，結(jié)合局部疏水改性和微柱可逆形變形成或斷開(kāi)“微橋”實(shí)現(xiàn)了對(duì)流體流動(dòng)的啟動(dòng)和停止的控制（圖1）。

圖1 開(kāi)放通道中通過(guò)對(duì)微柱賦形調(diào)控液體流動(dòng)

此外，研究人員進(jìn)一步設(shè)計(jì)了用于微液滴萃取的開(kāi)放通道微流控芯片。通道中連續(xù)流動(dòng)的正己醇將液滴中的羅丹明B萃取出來(lái)后自發(fā)流入液池中，萃取完成后可將液池中的萃取物轉(zhuǎn)移至芯片外進(jìn)行濃縮，并用拉曼光譜儀進(jìn)行檢測(cè)。該流體操控策略提高了開(kāi)放通道中流體流動(dòng)的可操控性，在微量樣品分離分析中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

審核編輯：劉清