图 利用微流控制备裙摆状微纤维实现液体操控示意图
在国家自然科学基金项目（批准号：T2225003、22202050、32271383）等资助下，东南大学赵远锦教授课题组与复旦大学商珞然研究员合作搭建了一种新型压电微流控平台，成功制备了具有轴向周期排列裙摆微结构的柔性微纤维材料，在无需预先设计表面结构的液体输送方面取得了新进展（图）。相关研究成果以“基于柔性裙摆状微纤维的液体输送（Flexible hemline-shaped microfibers for liquid transport）”为题，于2024年1月11日发表在《自然·化学工程》（Nature Chemical Engineering）杂志的创刊号上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s44286-023-00001-5。
液体的定向输送是控制液体按照指定的路径传输，其在基础研究和实际应用中至关重要。通过对表界面结构和浸润性关系的深度探索，已有研究证实采用特殊微结构的表面能够实现液体的可控传输。然而，由于液体的传输行为会受到自身表面能的影响，对不同类型液体运输的控制仍然极具挑战。
针对上述挑战，该项工作应用新型微流控技术，成功开发出柔性裙摆状微纤维，摆脱了不同类型液体运输及路径控制的困境。首先构建压电微流控平台，在微尺度通道中成功形成了一种具有裙摆形貌的射流，将该射流模板固化，制备出具有相同形貌的微纤维。这些纤维具有轴向排列的空腔、锋利的边缘和环形连接的楔形角，可以与没有预先设计特殊微结构的表面形成间隙，实现液体单侧钉扎、间隙传输和毛细上升的定向输送。此外，该研究还利用一对紧密相邻、同向排列纤维，不仅实现了多种不同表面能液体的定向传输，还能沿复杂三维路径进行液体传输。这种基于裙摆状微纤维的液体输运技术，目前已成功应用于微反应器、长距离导流和水油分离等多个领域。