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我国光控微流体研究取得突破 “芯片实验室”成现实
    发布时间:2022-01-22 04:05:33   
来源:dafa大发手机版 作者:dafafa888网页

  日前复旦大学的科研团队首次完成了可达到实用效果的光控微流体技术,它能够让一直以来的“芯片实验室”等科学设想变为现实。

  这些比头发丝粗不了多少的细小管线,就是这项新成果的核心技术所在,它的正式名称叫做微管执行器,通过光线的照射,让微量液体在其中实现运动传送或化学反应。这些变化看起来并不起眼,却一直是科学家们努力的目标。

  当今的许多高新技术,例如集成电子、精密仪器,医疗设备,生物制药等领域,都离不开微量液体的传输,而这却需要大型的设备才能实现。

  复旦大学光控液晶材料科研团队负责人俞燕蕾说:“现在的很多微流控技术,它本身芯片很小,但是外部需要一些(大型的)这种泵,所以整个微流控系统很难做到很简化,或者便携、集成化。”

  长期以来,科学家们一直在寻找如何摆脱对这些大型控制设备的依赖,做到微流体控制器的小型化和便携化,无论是用于专业的技术检测,还是个人的健康服务,都可 以利用这种“芯片实验室”的设想来实现。在各种研究中,用光来控制微流体是方向之一,但过去的光控微流体,由于材料的限制,传输速度很慢,应用种类也很少,距离实用化还相当遥远。从2003年起,复旦大学的科研人员,通过材料学科和控制学科等多领域交叉合作,最终利用仿生学原理,模拟人类血管的弹性和韧性优点,找到了一种适合的高分子液晶新材料。

  据科研团队成员介绍,因为血管也有一个,相当于层状的结构,我们这个材料也会有一个层状的结构,它的主链提供一个弹性,它的侧链是一个物理交联的作用,同时又是一个光响应的作用,就像光子肌肉的作用在里面。

  那么这种新材料制成微管之后,怎样让微量液体发生移动或变化呢?奥秘就在于这种新型微管具有的柔性和弹性,可以在光照的作用下发生新的形状变化。

  科研团队成员吕久安解释道:“从外部来看,最明显的就是光照之后,这个微管执行器可以由圆柱体变成锥形管,实际上是因为产生形变之后,内部的液体有一个拉普拉斯压差,在这个压差的作用下,液体就会自发涌动了。”

  科研人员介绍说,这种新型微管中的液体运动速度可以达到每秒钟6毫米,是过去光控微流体技术的几十倍,而且这种微管还可以用光照让不同液体进行融合或者发生化学反应,从而实现了微操作的技术要求。根据实验,新型光控微流体技术可以适用于各种类型的液体,理论上可以满足各种技术和产业的要求。

  科研团队负责人俞燕蕾称:“这样的话我们可以简化我们整个的微流控系统,将来进一步做到集成化、小型化,就有可能将来我们把这样的芯片实验室做到价廉物美,走入寻常百姓家。”

  对于这项中国科学家完全原创的突破性成果,国际顶级期刊《自然》杂志的评审专家给出了这样的评语:这项技术超越了现在所有微流体操控技术,不但报道了新概念的光控微流体机制,而且展示了其广阔的应用前景。这种“柔性通道”成功展示了一种全新的原创性概念。被认为是一个具有真正开创性的工作。


 

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