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  細菌和流行病不可避免的爆發，使得對高效微流控和低消耗劑量的新型診斷芯片的需求日益增加。現有的酶聯免疫吸附法、聚合酶鏈反應法和重組酶聚合酶鏈反應法等一系列檢測技術已被應用于臨床診斷。然而，盡管這些方法具有較高的精度和靈敏度，但由于過程耗時、儀器復雜昂貴和非智能的液滴操控等缺點，限制了在偏遠地區或特定場景的廣泛應用。此外，這些方法通常需要較大的檢測體積和繁瑣的室溫操作，難以滿足對便攜式和微量檢測的需求。微量檢測或分析主要是利用10-100 μL的待測樣品進行篩選或檢測，受采集策略和試驗劑量的影響。另外，離散的微液滴還可作為隔離容器，對化學試劑、生物化合物、微生物等有效載荷進行精確計量，具有重要研究意義。然而，微液滴檢測還存在一些局限性，如缺乏微液滴的定量采集和精確控制。幸運的是，具有特殊濕性表面的微液滴控制對于上述問題的解決有很大希望，因為它可以智能操控液滴的體積和運動狀態。例如，自驅動液滴檢測、基于磁場、光電或光電效應和溫度響應的潤滑油注入表面（LIS）檢測。這些基于液滴操控的檢測，具有劑量小、可控、操作方便等優點。然而，LIS診斷往往需要笨重、昂貴的儀器和嚴格的環境條件。此外，自驅動結構難以實現對液滴的智能操控。另外，用于水霧收集或乳液分離的一維結構（蜘蛛絲和仙人掌刺）相比于用于液滴操控的二維結構在某些情況下是有限的。因此，開發一種新的微量取樣或微量分析策略來解決當前檢測技術所遇到的局限性是迫切需要的。

  近日，受仙人掌刺形狀梯度和豬籠草光滑表面的啟發，西南科技大學李國強教授領銜的微納仿生系統與智能化團隊與天津大學化工學院的曹墨源團隊合作，開發設計了一種基于自推進和電刺激協同的用于微樣分析的液滴操控器（SES-SDM）。評審人高度評價本工作，認為該項工作通過巧妙的結構和功能設計，制備了一個可原位電控液滴和微檢測裝置，表現出良好的液滴滑落/釘扎以及表面微流體控制性，想法很新穎。該項成果以“Self-Propelled and Electrobraking Synergetic Liquid Manipulator toward Microsampling and Bioanalysis”為題發表在國際著名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，團隊的2018級機械工程專業碩士生方佳浩和張亞斌教授為共同一作，通訊作者為李國強教授、曹墨源副研究員、鐘良教授。

  受仙人掌尖刺通過結構梯度實現高效水霧收集的啟發，基于豬籠草光滑表面對液滴的排斥性，利用飛秒激光微納精密制造技術制備了光滑的多微碗楔形襯底并采用在外加超低電壓刺激下，實現了對多流態液滴的自驅動和電制動協同控制以及對微樣的分析與檢測。

  通過在楔形結構表面構建出具有多微碗結構的超親水界面，并將其表面功能化和注入潤滑液體，在外加低電壓條件下，作者構建了依靠拉普拉斯壓力差驅動和電壓提供的靜電力制動的高效協同微液滴操控。另外，對微結構的參數、表面潤濕性、潤滑油以及電制動液滴的影響因素進行了對比實驗，并得出最佳參數區間。

  此外，在對影響微液滴操控的參數研究基礎上，優化了基于液滴自驅動與電壓控制的協同操控理論模型，并總結了相關機理。

  得益于液滴操控器件的巧妙設計與便攜性，研究者將多個液滴操控器裝置組合安裝后，構建了基于十字軌道的高效微樣分析與檢測系統。此外，在不同環境溫度下（常溫與-5℃）以及利用實際環境中的湖水液滴進行了微樣分析與檢測實驗，展現了該裝置的可組合性、便攜性以及實際條件中的微樣檢測實用性。

  綜上所述，通過結合仙人掌形狀特征和豬籠草光滑表面特性的啟發，制備了用于微分析的自推進與電刺激協同的液滴控制器。在楔形襯底、微納米結構以及電響應的協同作用下，SES-SDM可以實現對液滴的自發和可控地操作。此外，SES-SDM可在5 μL的微滴下進行微采樣、微反應和低溫分析，為低溫保存生物樣品提供了新思路。更重要的是，SES-SDM通過自推進和電制動的配合，實現了對過量重金屬的實時、便捷檢測。這項工作為在惡劣環境下的協同操作和微生物分析提供了新的策略。

  原文鏈接：

  Jiahao Fang, Yabin Zhang, Lin Xiao, et al. Self-Propelled and Electrobraking Synergetic Liquid Manipulator toward Microsampling and Bioanalysis. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021.

  http://dx.doi.org/10.1021/acsami.1c01494