LICS封裝成的微流控芯片 研究團隊供圖

　　常言道：“人往高處走，水往低處流。”那么，水往高處流的畫面你見過嗎？

　　中國科學院深圳先進技術研究院生物醫學與健康工程研究所杜學敏團隊聯合香港城市大學王鉆開團隊，研發了一種通過光照就能產生電，并可進一步精準控制液體的基于智能高分子材料的潤滑表面（LICS）。

　　這種新型LICS在凝血檢測、原位細胞刺激與細胞響應監測等生物醫學領域展現了應用潛力。相關成果7月9日發表于《科學進展》。

　　　　光照生電實現液體精準操控 

　　在自然界中，豬籠草有著光滑的葉面，其內壁會分泌一層潤滑物。由于籠身長期處于傾斜和豎直狀態，獵物靠近后會滑落至籠中，淪為“盤中餐”。

　　在豬籠草潤滑的葉子表面，水滴受到重力作用往下流。那么，能否在潤滑表面使水滴往上走呢？

　　“覆蓋在固體表面的潤滑層，往往會屏蔽前者的結構與功能特性，如表面結構梯度或電荷梯度等，使得通過表面梯度或外場操控液體變得困難，極大影響了潤滑表面的液滴操控效果及其實際應用。”杜學敏表示。

　　針對這一挑戰，研究團隊構建了一種新型智能高分子材料LICS。它由3種核心元素組成，分別是用于鎖住潤滑層的微錐陣列結構、具有優異光熱效應的液態金屬顆粒、具有獨特鐵電效應的聚偏氟乙烯—三氟乙烯聚合物（能將光熱轉變為表面電荷）。

　　通過光熱誘導產生電荷，LICS能實現高速、長距離、反重力、簡單液體到復雜液體、單個到多個液滴、微觀到宏觀尺度液滴、平面到曲面基底、開放到封閉體系的精準操控。簡單來說，就是用光照精準控制LICS上的液滴運動。

　　那么，要實現液滴精準控制，對光的強度和液滴的重量是否有要求呢？

　　“LICS對液滴的重量是有要求的，因為不同重量的液滴帶來的阻力是不一樣的，但我們可以通過調整光的強度拉拽不同重量的液滴。我們針對小至1納升、大到1.5毫升的液滴都進行了精準操控。”杜學敏解釋道。

　　液滴的精準控制得益于LICS優異的表面電荷再生能力——在0.5秒的近紅外光輻照下，LICS產生的表面電荷密度高達1280皮庫/每平方毫米，有效消除了潤滑層對表面特性的屏蔽，為液滴快速響應、運動提供了大的作用力；在持續1萬次近紅外光開關循環或在硅油中浸泡長達6個月的情況下，電荷再生性能均無明顯衰減，穩定的電荷再生性能確保了LICS用于液滴操控的長期有效性。

　　　　生物醫學領域應用潛力大 

　　微流控技術因精準且具有高通量的樣本處理能力和加速生化反應能力，被廣泛應用于生物、化學和醫學研究領域。相比于傳統檢測技術，微流控技術把樣品反應、制備、分離、檢測等生化實驗的基本操作集成到很小的芯片上。然而，傳統的微流控系統既需要復雜的管道連接，又需要大型設備提供動力來操控液體。

　　在該研究中，基于LICS的柔性與共形特性，研究人員將LICS封裝成密閉的微流控芯片，利用手持激光筆即可使LICS芯片內的液滴快速、精準穿越芯片通道。此外，LICS芯片無接觸、遠程光驅動液滴的功能，既能防止液滴揮發，又無需在液滴中添加輔助液滴運動的物質，避免了交叉污染，在凝血檢測等應用中展現出優異的可靠性。

　　此外，研究人員利用LICS實時光熱誘導產生電荷的功能特性，成功實現了LICS芯片內的細胞實時刺激，以及細胞響應原位監測。

　　“LICS既實現了開發體系下液滴的高效操控，又實現了密閉微流控芯片內液滴的無泵、遠程、防揮發、防污染操控和生物應用，為新型界面材料和微流體的開發帶來新思路，展現了在化學和生物醫學領域的潛在應用價值。”杜學敏說。

　　未來，研究團隊將進一步優化基于這類智能高分子材料表面的液滴光操控的精準性與普適性，同時拓展這類智能高分子材料和LICS微流控芯片在生物醫學領域的應用。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abp9369