Nature主刊发表我系俞燕蕾教授团队全新概念光控微流体新技术...
6页1、Nature 主刊发表我系俞燕蕾教授团 队全新概念光控微流体新技术 .在一块几平方厘米大小的芯片上集成生物和化学 领域所涉及的基本操作单元,通过微流控技术完成不 同的生物或化学反应过程,并对其产物进行分析,是 对近年来日趋热门的芯片实验室功能概述。理想中, 芯片实验室能够实现包括医疗检验在内的多种用途, 其发展或将带来检测等仪器的家庭化、普及化。要实 现这一设想,微流控系统的简化势在必行。2016年 9 月 8 日,我系俞燕蕾教授团队关于光控 微流体领域的最新研究成果: Photocontrol of fluid slugs in liquid crystal polymer microactuators (Nature ,2016,DOI10.1038/nature19344 )于自 然( Nature )杂志发表。这个平均年龄仅 29 岁的年轻科研团队,突破了微 流控系统简化的难题,创造性地采用自主研发的新型 液晶高分子光致形变材料,构筑出具有光响应特性的 微管执行器,可通过微管光致形变产生的毛细作用力, 实现对包括生物医药领域常用液体在内的各种复杂流 体的全光操控,令其蜿蜒而行甚
2、至爬坡,仿若具现了微尺度下的神奇驭“水”本领。该文章第一作者为我系博士吕久安,通讯作者为 俞燕蕾教授,我系校友、北京大学教授陈尔强参与协 作。研究工作得到国家杰出青年科学基金、国家自然 科学基金重点项目、上海市优秀学术带头人计划共同 资助。研究成果已申报中国发明专利和国际 PCT专利 驱动新机制光致形变令毛细作用力显“神通” 微量液体传输是涉及诸多领域的重要问题。诸如 昂贵液体药品的无损转移、微流体器件与生物芯片中 的液体驱动等,都与之直接相关。近年来,伴随微流 体芯片的自身尺寸不断缩小, 功能单元数量日益增多, 相应的外部驱动设备和管路越来越复杂和庞大。微流 控系统的进一步简化成为制约微流体领域发展的瓶颈 问题,亟待从根本上提出创新性的微流体驱动新机制。 光控微量液体 据吕久安介绍,可以精密聚焦,并能够做到非接 触控制的光,恰以其如上特点成为了在微流体芯片上 进行微小尺度的流体操控的上选。然而,已报道的光 控液体运动或多或少存在限制。譬如,利用光诱导的 马兰戈尼效应操控微量液体,需要向样本添加光响应 化合物,样本污染在所难免;利用激光照射液体产生 的热能进行操控,可能因温度变化而影响
3、其在生化领 域的应用;利用光诱导的表面润湿性梯度操控微量液 体,则只适用于少数特定液体,且仅可做短程直线运 动,无法满足实际需求驱动路径单一、驱动距离 短、可驱动液体种类有限是现有光控微流体技术的主 要缺陷。可以说,适用性广泛的光控微流控技术仍有 很大的探索空间,亟待继续研发。俞燕蕾教授团队长期从事液晶高分子材料及其光 致形变性能的研究。立足于相关丰富经验,利用微管 光致形变产生毛细作用力成为了该团队创新液体驱动 机制、突破现有机制限制的基本方向。润湿的液体能够在轴向不对称毛细作用力驱动下, 自发向锥形毛细管的细端移动。脱胎于该条原理,团 队别出心裁地设计构建出一种管径可在常用 LED可见 光源刺激下发生不对称变化的微米尺度液晶高分子微 管执行器,兼具流体通道和驱动泵的双重功能。通过 由管径变化所诱发的毛细作用力变化,利用光来操控 微管中液滴运动的“神通”得以以一种与过往全然不 同的方式实现。仿生设计从动脉血管到新一代液晶高分子材料 传统的微流体器件通常采用硅材料、玻璃等非响 应性材料构建。由这些材料构筑的微流体器件需要连 接许多外部驱动设备来完成微量液体的操控。而以往 报道的液晶高分
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