俗话说,“人往高处走,水往低处流”。如今,水也能往高处“走”了。
中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所杜学敏团队联合香港城市大学王钻开团队,研发了一种通过光照就能产生电,并进一步精准控制液体的润滑表面(LICS)。该研究在凝血检测、原位细胞刺激与细胞响应监测等生物医学领域展示了广泛的应用潜力。
7月9日,相关成果发表于《科学进展》。
光照生电实现液体精准操控
在自然界中,猪笼草有着光滑的叶子表面,其内壁会分泌一层润滑物,由于笼身长期处于倾斜和竖直状态,当猎物靠近时会滑落至笼中,沦为猪笼草的盘中餐。
在猪笼草润滑的叶子表面上,水滴受到重力往下流。那么,能否在润滑表面做到水滴往上走呢?
“覆盖在固体表面的润滑层,往往会屏蔽掉表面的结构与功能特性,如表面结构梯度或电荷梯度等,使得通过表面梯度或外场操控液体变得困难,极大影响了润滑表面的液滴操控效果及其实际应用。”杜学敏表示。
针对这一挑战,研究团队构建了一种新型的智能高分子材料润滑表面,它由三种核心元素组成,分别是具有优异光热效应的液态金属颗粒、具有独特铁电效应的聚偏氟乙烯-三氟乙烯聚合物,这两者协同能将光热转变为表面电荷,及用于锁住润滑层的微锥阵列结构。
通过智能高分子材料的光热诱导表面产生电荷,该材料能实现液滴高速、长距离、反重力、简单液体到复杂液体、单个到多个液滴、微观到宏观尺度液滴、平面到曲面基底、开放到封闭体系的精准操控。
简单来说,就是用光照精准控制在LICS上的液滴的运动。那么,要实现液滴的精准控制,对光的强度和液滴的重量是否有要求呢?
“LICS对液滴的重量是有要求的,因为不同重量的液滴带来的阻力是不一样的,但我们可以通过调整光的强度来拉拽不同重量的液滴。我们针对小至1纳升、大到1.5毫升的水滴都进行了精准操控。”杜学敏表示。
实现液体的精准控制得益于LICS优异的表面电荷再生能力,LICS在0.5秒的近红外光辐照下,可产生表面电荷密度高达1280 皮库每平方毫米(pC/mm2),有效消除了润滑层对表面特性的屏蔽,为液滴快速响应、运动提供大的作用力;而且电荷再生性能在持续10000次近红外光开/关循环或浸泡在硅油中长达6个月均无明显衰减,这一稳定的电荷再生性能确保了LICS用于液滴操控的长期有效性。
生物医学领域应用潜力大
微流控技术因其精准与高通量的样本处理和加速生化反应能力,被广泛应用于生物、化学和医学研究领域。相比于传统的检测技术,微流控技术把样品反应、制备、分离、检测等生化实验的基本操作集成到很小的芯片上。然而,传统的微流控系统既需要复杂的管道连接,又需要大型的设备提供动力来操控液体。
在该研究中,基于LICS的柔性与共形特性,研究人员将LICS封装成密闭的微流控芯片,利用手持激光笔即可实现LICS芯片内的液滴快速、精准穿越芯片通道。此外,LICS芯片内的无接触、远程光驱动液滴功能,既能防液滴挥发,又无需在液滴中添加辅助液滴运动的物质,避免了交叉污染,在凝血检测等生物应用方面展现出优异的可靠性。
此外,研究人员利用LICS实时光热诱导表面电荷产生功能特性,还成功实现了LICS芯片内的细胞实时刺激,及细胞响应原位监测。
“LICS既实现了开发体系下液滴的高效操控,又实现了密闭的微流控芯片内液滴的无泵、远程、防挥发、防污染操控和生物应用,为新型界面材料和微流体的开发带来新思路,展现了化学和生物医学应用的潜在应用价值。”杜学敏表示。
未来,研究团队将进一步优化基于这类智能高分子材料表面液滴光操控的精准性与普适性,同时拓展这类智能高分子材料和LICS微流控芯片在生物医学领域的应用。
此次杜学敏、王钻开为论文共同通讯作者,深圳先进院博士后王芳、刘美金为论文共同第一作者。中国科技大学与南京大学多位老师为该工作提供了帮助。(记者 袁斯茹)
- 2000千克是多少吨?1吨等于多少磅?
- 含“相接”的成语有哪些?人山人海出自哪里?
- 描写潮水的四字成语有哪些?闷雷滚动近义词都在这儿!
- 中国最吓人的一本古籍是什么?为什么现在中医不学本草纲目?
- (V面日报11.15)彩虹酱哇、鈴宮鈴、阿萨获涨粉、营收、人气榜榜首
- 干燥剂怎么重复利用?与压片型干燥剂类似的干燥剂有哪些?
- 世界微资讯!疫情午报|31省区市昨日新增1.9万余例,详情汇总
- 环球今日讯!国内旅游市场再迎利好 出行信心恢复仍需时间
- 焦点精选!2022“阅读北京·十佳优读空间”评选结果出炉
- 全球新资讯:衢江区“一库一策”动态清零病险水库
- 世界热文:安化县退休交警给村民送头盔
- 每日热文:衢州“乌引”建设高速互联“智能引水网”
- 速读:黄山风景区探索"信用游" 能否成旅游业趋势?
- WTA发布明年1至8月赛历 澳网农历春节期间举行
- 每日速读!女生“顺”走养殖园一只兔子,江山市贺村第一小学顺势推出“动物领养制”
- 环球动态:南县市场监督管理局开展医疗美容机构专项检查
- 热资讯!上海迪士尼乐园酒店将于11月17日起恢复运营
- 12.32%!前三季度衢州规上工业产值实现两位数增长
- 世界微资讯!观治湖工程,忆艰苦岁月——记烂泥湖治理工程纪念馆之旅
- 今日快看!衢州市碳账户金融亮相联合国气候变化大会
- 天天观热点:世界杯:民宿包小院看球 影音房预订增长超1倍
- 【环球播资讯】益阳南县:推进集体经济商标注册,助力乡村全面振兴
- 全球今日讯!11月新基发行名将挂帅同台竞技,嘉实姚志鹏领衔“积极配置”
- 【世界聚看点】识帅|儿时替体育老师上课 米赫涅维奇一直梦想执掌波兰队
- 世界最资讯丨识帅|功勋老帅马蒂诺 期待带队首次突破16强
- 世界观点:祝贺!谷神星一号遥四运载火箭发射成功
- 世界热消息:年内并购重组过会率近九成 是否符合宏观政策成关注新焦点
- 【天天新视野】中国睡眠经济市场规模超4000亿 先声药业引进全球抗失眠创新药
- 当前动态:特朗普正式宣布参选2024年美国总统选举
- 天天视点!国家卫健委:11月15日31个省区市新增本土1568+18491