廈門大學侯旭教授團隊多年致力於(yu) “液體(ti) 門控技術”的研究，該技術由侯旭等人首次提出。近幾年，侯旭團隊將其發展具體(ti) 成形。2020年世界權威化學組織國際純粹和應用化學聯合會(hui) （IUPAC）將“液體(ti) 門控技術”評為(wei) 該年度全球“化學領域十大新興(xing) 技術”（還包括人工智能、聚集誘導發光、核糖核酸疫苗等，其中僅(jin) 有兩(liang) 項由中國科學家提出並引領）。

近期，侯旭教授團隊在磁響應液體(ti) 門控技術方麵取得了突破性進展，開發了一種磁性膠體(ti) 門控係統，並展示了該係統在微流體(ti) 控製、藥物釋放、化學反應控製等領域的應用。在該研究中，研究者還建立了一種實時表征限域空間中膠體(ti) 聚集力學的新技術。相關(guan) 成果發表於(yu) 《國家科學評論》（National Science Review, NSR）。

在微觀尺度，限域膠體(ti) （受限在小空間內(nei) 的膠體(ti) ）可表現出複雜、有趣、獨特的聚集行為(wei) ：自組裝形成漩渦、相幹運動或相分離狀態。研究表明，通過控製限域膠體(ti) 的微觀組裝結構或群聚狀態，可以實現微流體(ti) 泵送、流體(ti) 驅動或溶質傳(chuan) 輸。

然而，對限域膠體(ti) 聚集行為(wei) 的精確調控仍然充滿挑戰，原因在於(yu) ：

• 膠體懸浮液體係非常複雜；
• 限域空間的尺寸與膠體粒徑在同一量級，因此很難確定膠體之間的相互作用力，以及膠體懸浮液與限域幾何維度的相互作用力；
• 目前對限域膠體力學行為的研究方法主要集中在顯微觀察和理論模擬，缺乏直觀表征膠體相互作用力的技術手段。

針對這一挑戰，侯旭教授團隊基於(yu) 液體(ti) 門控技術，將磁性膠體(ti) 懸浮液限域在同一微觀尺度的多孔材料中，構築了一種全新的磁性膠體(ti) 門控係統。該係統利用壓力驅動的非互溶流體(ti) 作為(wei) 有效誘導，可以實時表征限域膠體(ti) 的力學性能，在動態調控和精確調控微流體(ti) 等方麵均可應用。

多孔結構為(wei) 膠體(ti) 提供了有效的限域空間，通過毛細力將膠體(ti) 懸浮液穩定在其中，形成了“多孔結構-膠體(ti) 載液-膠體(ti) 顆粒”之間的“固-液-固”界麵體(ti) 係。利用磁場，可以對限域膠體(ti) 的聚集行為(wei) 進行非接觸調控，調節膠體(ti) 聚集的有序度（熵），從(cong) 而改變流體(ti) 通過膠體(ti) 門控所需的壓強閾值。

研究者建立了該壓強閾值與(yu) 膠體(ti) 熵之間的量化關(guan) 係。其中，膠體(ti) 熵及流體(ti) 輸運閾值與(yu) 膠體(ti) 濃度、限域空間尺寸、膠體(ti) 懸浮液的飽和度、磁場強度、磁場方向密切相關(guan) 。因此，對限域比與(yu) 膠體(ti) 濃度進行優(you) 化設計，就可以實現對膠體(ti) 聚集結構的控製。在一定的膠體(ti) 濃度下，壓強閾值隨著膠體(ti) 懸浮液在多孔材料中飽和度的增大而增大，隨著磁場強度的增加而增加。此外，隨著磁場方向從(cong) 平行、傾(qing) 斜、到垂直於(yu) 輸運方向，輸運流體(ti) 的跨膜壓強閾值逐漸增大。因此，在流體(ti) 輸運的過程中，調控磁場強度或方向即可動態調控流體(ti) 的傳(chuan) 輸能力。

磁性膠體(ti) 門控在不同磁場強度和方向下的動態調控

磁性膠體(ti) 門控具有良好的穩定性和優(you) 異的抗汙性能。該研究為(wei) 實時表征限域膠體(ti) 的力學性能提供了全新的技術手段，為(wei) 微流體(ti) 控製、藥物釋放、化學反應控製等領域帶來了新的機遇，也將促進膠體(ti) 科學、膜科學和微流體(ti) 力學的發展。

廈門大學博士後盛智芝（現為(wei) 中國科學院蘇州納米技術與(yu) 納米仿生研究所副研究員）、張猛創（現為(wei) 西北工業(ye) 大學民航學院助理教授）、博士生劉靜為(wei) 論文共同一作，廈門大學侯旭教授為(wei) 論文的通訊作者，該工作的合作者還包括馬克斯普朗克智能係統研究所與(yu) 斯圖加特大學的Paolo Malgaretti教授，麥吉爾大學的李劍宇教授等。


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