作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 光电微流体的设计
(一)由超疏水表面(二氧化硅纳米球网络)、热电晶体(铌酸锂)和光热薄膜(掺杂石墨烯的聚合物)组成的三层光电平台示意图，其中液滴由近红外光控制
(二)显示光热电微流体机制的示意图
当光照射时，由石墨烯纳米片组成的光热膜由于光热效应而产生热量
通过热传递，热电晶体内的温度升高，促使表面自由电荷，这通过介电泳力驱动液滴运动
超疏水表面的扫描电子显微镜横截面图像
插图是接触角为151°的5μl硅油在表面上的图像
(四)随着温度的升高，热释电晶体的自发极化降低，产生额外的表面自由电荷
(五)石墨烯-聚合物复合膜的截面扫描电镜和能谱图像，显示均匀分散的石墨烯
(六)连续图像显示使用785纳米激光连续操作5微升硅油
除非另有说明，激光器在0秒时开启
显示乙醇液滴连续操作的时间照片
显示正庚烷液滴连续操作的计时照片
(一)显示甘油液滴连续操作的时间照片
图片来源:李玮，香港大学
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abc1693 在许多领域中，精确控制各种液体是必不可少的，与固体不同，流体在本质上是可分的
流体也是粘性的，具有无损操作的适当功能，以防止损失和污染
在《科学进展》杂志上发表的一份新报告中，李玮和他在中国的机械工程和研究创新领域的同事提出了光电微流体技术来满足这种多样化的需求
射流平台有助于从单束光发展出独特的波状介电泳力场，显著实现液滴的无损失控制，并起到“神奇的”防润湿表面的作用
这种液体平台可以根据需要对液体进行导航、融合、挤压和切割，以建立带有液滴轮的货物运载工具，并有可能将蛋白质等可交付物的最大浓度提高4000倍
合并流体的现有方法 缓冲液和有机溶剂的表面处理是许多生物应用和化学功能的基础，这些功能对于各种热、光和医学应用至关重要
为了实现这一点，科学家必须设计一个平台，使局部可寻址的低损失率导航流体能够在一个容易控制的过程中进行分割和合并
由于光的非接触性质、高精度和相对于几何光学的成熟光线可控性，光可以胜过其他刺激，例如，形成捕获和去除微小物体的光镊
因此，已经有几种方法探索了通过利用光电、光热、光化学和光力学性质的能量转换来精确导航和合并流体来光操纵液体的潜力
然而，这些技术不能以无损失的方式分离和操纵流体
因此，在这项工作中，李等人
提出了一种前所未有的方法
硅油、正十六烷、正癸烷、正庚烷、乙醇和异丙醇液滴的操作
学分:科学进步，doi: 10
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abc1693 新方法 该团队简单地堆叠了三个同质层，包括使用石墨烯掺杂聚合物的光热薄膜、使用铌酸锂晶片的热电晶体和使用二氧化硅纳米球的超疏水表面
这三层在一束光存在的情况下，协同工作，实现均匀、超低表面张力流体的无损耗应用
他们用石墨烯单层复合物构成光热薄膜，以感知光刺激和不均匀产热产生的反应
热电晶体将热量转化为额外的电荷，形成波浪形的介电泳力分布，可以捕获、分配和分离流体
他们利用这种技术来完成四项基本功能，包括在没有复杂电极和高压电路的情况下，在控制良好、无损耗的条件下，对各种液体进行移动、合并、分配和分离
这种方法将对多学科领域产生重大影响
流体界面和光传感的特性
水、乙醇、丙酮、二氯甲烷、硅油(PDMS)、正庚烷、二甲基甲酰胺和乙酸乙酯的液滴图像，位于半透明超疏水表面上
扫描电镜图像显示超疏水表面的分形网络
插图显示了典型的倒置结构
(三)对各种液体的超排斥性
(四)附着力与表面张力成反比
误差线表示三个独立测量的标准差
(五)通过荧光成像在不同的全疏水表面上检测到液体残留物
(五)图像的荧光强度和面积分数，显示超疏水表面的液体损失显著减少
误差线表示三个独立测量的标准差
序列图像显示正庚烷液滴(r0 ≈ 1毫米，We ≈ 20)在表面反弹，显示对有机液体的低粘附性
每次快照之间的时间间隔约为4毫秒
红外热成像和显示400毫瓦激光照射下光热薄膜温度分布的图
不同石墨烯纳米片含量的石墨烯-PDMS复合膜对400毫瓦激光辐照的热响应
蓝色和红色阴影区域分别表示785纳米激光器的关闭和开启状态
含5 wt %石墨烯纳米片的PDMS薄膜对激光功率的热响应
实线来自理论分析
图片来源:李玮，香港大学
学分:科学进步，doi: 10
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abc1693 设计光电微流体 李和他的团队使用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
顶层超疏水层包含纳米级分形网络，通过烧结覆盖有氟化表面活性剂的中空二氧化硅球来实现超疏水
在底层，他们通过用聚二甲基硅氧烷(PDMS)均匀化石墨烯纳米片形成均匀的复合膜，并固化聚合物
当近红外光束照射表面时，半透明超疏水表面和热电晶片变成透明窗口，使得近红外光束容易到达下面的复合聚合物膜
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，允许超疏水表面上的液滴通过介电力被向前驱动到照射点
科学家们将这项技术应用于各种液体，包括硅油、烷烃和酒精等有机溶剂
该平台提供了一种无通道、开放空间的流体处理器，而没有目前存在的微流体对应物所需的电极或微图案化的麻烦
水滴爬上垂直的墙
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abc1693 无损耗流体接口、光敏传感和液滴动力学 超疏水表面对腐蚀性酸和碱具有化学抗性，允许稳定的卡西态保留在表面上用于化学流体处理
科学家们通过全疏水表面的荧光成像证实了无损耗流体界面，并将结果与对照进行比较，以显示与感兴趣材料上的流体几乎无损耗接触
李等
此后，记录系统的光感测能力，以显示照射的光在系统中转换成急剧膨胀的温度分布
然后，他们研究了距离光点中心13毫米的5微升水滴的运动
当他们打开激光器时，液滴以振荡模式被吸引到照明中，在那里它最初向激光器加速，然后快速制动，并在到达光点边缘时反转方向
为了理解液滴动力学的基础物理，该团队开发了一种数值模拟，并改变了计算的液体类型，以显示相对介电常数和表面张力越高，液体运动越容易
射流操作
显示四种基本流体操作的示意图，包括导航、合并、分离和分配
(二)0°导向运动
001μl硅油和200μl水滴，显示出宽广的可控体积范围
(三)红外热成像显示热释电晶体内沿激光光斑移动方向的温度分布
显示两个孤立水滴合并的连续图像
(五)连续图像，显示在中心延长照射下乙醇液滴的分裂
激光在大约2秒时开启
(六)连续图像，显示通过补偿延长照射从硅油滴中分配液体部分
图片来源:李玮，香港大学
学分:科学进步，doi: 10
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abc1693 流体功能性、多功能性和生物相容性 该团队使用一束激光完成了多种流体功能，其中波状介电泳力轮廓可以意外地捕获和移动体积低至0
001升
该团队还在平台上处理了一个200升的水坑，适合生物医学系统的小型化
然而，该技术有其局限性，最大激光移动速度超过该速度，液滴就无法跟上激光的移动
另外，李等人
通过垂直放置平台，为液滴提供强大的导航力，使其不受重力影响向上爬升，从而使这一先进技术能够精确操控微/纳升级的各种液体，这在多个领域都非常重要
利用这种方法，研究小组观察到了氨基酸(如甘氨酸)和低表面张力液体(如乙醇)的无损检测
该方法在分析化学、医学诊断和生物医学方面具有巨大的潜力
通过这种方式，李玮和他的同事开发了一种独特的波浪形介电泳力场来响应光刺激，这种力场具有三层表面，可以很好地控制led、无损耗液体运动、合并、分配和分裂功能
他们通过叠加多种光照射来改变作用力，以实现更丰富的流体功能和液滴图案化应用
该方法将有助于在生物化学和流体加工反应、流体工程和精密图案化制造以及液滴多区室化的应用中按需进行流体操作
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