研究人员开发的光热电微流体

在许多领域中，精确地操纵各种液体至关重要，与固体不同，流体本质上是可分割的。流体还具有适当的粘性，可进行无损操作以防止损失和污染。在现已发表在《科学进展》上的新报告中，中国机械工程及研究与创新领域的李伟及其同事介绍了光热电材料微流体技术可以满足这种多样化的要求。流体平台促进了从单个光束形成独特的波浪形介电泳力场，从而显着执行了对液滴的所需无损操纵，并充当了“魔术”防潮表面。液体平台可以按需导航，融合，收缩和分裂流体，以建立带有飞轮的载货运输船，并有潜力将可交付物(例如蛋白质)的最大浓度提高4000倍。

合并流体的现有方法

缓冲液和有机溶剂的表面处理对于许多生物学应用和化学功能至关重要，而生物学功能和化学功能对于各种热学，光学和医学应用而言至关重要。为此，科学家必须设计一个平台，使具有低损失率的本地可寻址流体在易于控制的过程中进行分配和合并。相对于几何光学，光具有非接触性质，高精度和成熟的射线可控性，因此它可以胜过其他刺激，例如形成光镊。捕获和移动微物体的。因此，几种方法探索了潜在的通过利用光电，光热，光化学和光机械特性的能量转换来精确地操纵和合并流体，从而对液体进行光操纵。然而，这些技术不能以无损失的方式分裂和操纵流体。因此，在这项工作中，李等人。提出了前所未有的方法。

该团队简单地堆叠了三个均质层，包括使用掺杂石墨烯的聚合物的光热膜，使用铌酸锂晶片的热电晶体和超憎水表面使用二氧化硅纳米球。这三层材料共同作用，可在单束光的情况下均匀无损地施加超低表面张力流体。

他们将光热膜与石墨烯单层复合材料组成，以感测光刺激并感测由不均匀的生热作用产生的响应。热释电晶体将热量转换成多余的电荷，从而形成波浪形的介电泳力分布，可以捕获，分配和分离流体。他们采用了这项技术来执行四个基本功能，包括在良好控制的无损失条件下移动，合并，分配和分离各种液体，而无需复杂的电极和高压电路。该方法将在多学科领域产生重大影响。

Li和团队使用了三层紧密夹在中间的材料(热电晶体，超疏水薄膜和光热薄膜)来形成平台。顶部的超憎水性层包含纳米级的分形网络，该网络是通过烧结覆盖有氟化表面活性剂的中空二氧化硅球以实现超排斥性而制成的。在底层，他们通过用聚二甲基硅氧烷(PDMS)均化石墨烯纳米片形成均匀的复合膜，并使聚合物固化。当一束近红外光(NIR)光照射到该表面，半透明的超憎水表面和热释电晶片成为透明窗口，使NIR可以轻松到达下面的复合聚合物薄膜。这导致局部不均匀的局部温度升高，形成额外的表面自由电荷，从而使超全疏表面上的液滴通过介电力被向前驱动到照射点。科学家将该技术应用于各种液体，包括有机溶剂，例如硅油，烷烃和醇。该平台提供了无通道，开放空间的流体处理器，而没有当前现有的微流体技术所需的电极麻烦或微图案化的麻烦。

超憎水的表面对腐蚀性酸和碱具有化学耐受性，可保持稳定 卡西状态留在表面进行化学流体处理。科学家通过全疏水表面的荧光成像证实了无损失的流体界面，并将结果与​​对照进行了比较，以显示与目标材料上的流体几乎无损失的接触。Li等。此后注意了系统的光敏能力，以显示照射光到系统中急剧凸起的温度曲线的转换。然后，他们研究了5微升(µl)水滴在距光斑中心13毫米处的运动。当他们打开激光器时，液滴以振荡模式被吸引到照明中，液滴最初朝激光器加速，然后在到达光点边缘时迅速制动并反转方向。要了解液滴动力学的基本物理原理，相对介电常数和表面张力，使液体更容易运动。

该团队使用单束激光执行了多种流体功能，其中波浪形的介电泳力曲线可能会意外地捕获和移动体积低至0.001 µL的液滴。该团队还处理了200 µL水坑，平台上没有损失，适用于生物医学系统的小型化。但是，该技术在最大激光移动速度方面有其局限性，超过该最大速度，液滴将无法跟上激光移动的速度。另外，Li等。通过垂直放置平台，为液滴提供了强大的导航力，以克服重力并向上爬升，从而使这项卓越的技术能够以微升/纳升级精确地处理各种液体，这在多个领域都至关重要。该小组使用该方法观察了氨基酸的无损检测，如。该方法在分析化学，医学诊断和生物医学中具有巨大的潜力。甘氨酸和低表面张力液体，例如乙醇

这样，Wei Li和他的同事开发了一种独特的波浪形介电泳力场，以响应具有三层表面的光刺激，从而实现了可控的，无损失的液体运动，合并，分配和拆分功能。他们通过叠加多次光照射来轻松修改力，以实现更丰富的流体功能和液滴图案化应用。该方法将有利于根据需要进行流体操纵，以用于生化和流体处理反应，流体工程和制造中以进行精确图案形成和微滴多室化。

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