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廈門大學(xué)侯旭教授團(tuán)隊(duì) Adv. Mater.：具有外部誘導(dǎo)內(nèi)部微尺度流動的仿生液體囊袋

2025-01-13 來源：高分子科技

關(guān)鍵詞：外部誘導(dǎo) 內(nèi)部微尺度流動仿生液體囊袋微流控

微尺度流體控制系統(tǒng)的核心在于材料的精心設(shè)計(jì)與制造，其在微型閥門、化學(xué)分析、生物檢測和藥物遞送等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。然而，當(dāng)前在響應(yīng)控制方面的研究主要依賴直接作用于孔隙和通道內(nèi)表面，以實(shí)現(xiàn)流體調(diào)控，這類設(shè)計(jì)通過改變輸送流體的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)快速的激活響應(yīng)。然而，高度可逆的界面切換往往會在流體系統(tǒng)中引入穩(wěn)定性問題，而內(nèi)部流體控制組件則可能加劇一些挑戰(zhàn)，尤其是結(jié)垢問題。

近日，廈門大學(xué)侯旭教授團(tuán)隊(duì)受胃黏膜啟發(fā)，開發(fā)了一種仿生液體囊袋材料。該材料由熱驅(qū)動水凝膠和多孔基質(zhì)組成，其中熱驅(qū)動水凝膠作為外部激活單元，能夠響應(yīng)溫度刺激釋放交互流動液體；多孔基質(zhì)則作為互連囊袋，用于交互流動液體的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)可控的內(nèi)部傳輸流體流動及自適應(yīng)屏障功能（圖1）。研究團(tuán)隊(duì)采用全球首款液體門控智能測試分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測了限域流體傳輸過程中的行為變化，并AI智能分析相關(guān)傳輸特征，實(shí)驗(yàn)和理論分析表明，液體囊袋的穩(wěn)定性及其流體調(diào)控能力依賴于外部激活單元與內(nèi)部流體間的互連囊袋結(jié)構(gòu)（圖2）。這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅為在響應(yīng)材料界面上調(diào)節(jié)微尺度流動提供了全新思路，還展現(xiàn)出順序藥物釋放、自清潔、抗污和抗溶脹的特性（圖3），成功解決了微流控領(lǐng)域長期存在的關(guān)鍵難題。這一研究成果以“Bioinspired Liquid Pockets with Externally Induced Internal Microscale Flow”為題發(fā)表在《Advanced materials》上。

圖 1. 受胃粘膜屏障結(jié)構(gòu)啟發(fā)的仿生液體囊袋的設(shè)計(jì)

圖 2. 仿生液體囊袋材料系統(tǒng)響應(yīng)行為的可逆性和可控性

圖 3. 仿生液體囊袋的可調(diào)順序藥物釋放

該項(xiàng)研究通過外部激活單元調(diào)控內(nèi)部微尺度流體流動，突破了傳統(tǒng)微流控系統(tǒng)的關(guān)鍵局限性，后者往往依賴內(nèi)部組件進(jìn)行流體控制。通過引入互連囊袋結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了交互流動液體的可逆?zhèn)鬏敚_保了微尺度流體行為的穩(wěn)定性和可控性，同時(shí)有效防止污染和粘附，并提供可調(diào)節(jié)的順序藥物釋放功能。這一創(chuàng)新成果不僅解決了微流控領(lǐng)域的長期技術(shù)難題，還為智能材料、藥物遞送和化學(xué)合成等領(lǐng)域提供了全新思路。借鑒生物啟發(fā)的設(shè)計(jì)原則，該研究開創(chuàng)了一種將流體輸運(yùn)控制集成到智能材料系統(tǒng)中的新方法。在受限空間內(nèi)穩(wěn)定操控流體的能力，為人工器官系統(tǒng)、靶向藥物治療以及先進(jìn)診斷設(shè)備的未來設(shè)計(jì)帶來了重要啟示，推動該領(lǐng)域向更加自適應(yīng)和多功能化的系統(tǒng)方向邁進(jìn)。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202415661

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