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  廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院侯旭教授課題組與美國哈佛大學(xué)艾森伯格教授研究團隊合作在仿生抗污染微流控新技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，其研究成果“Dynamic air/liquid pockets for guiding microscaleflow”發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications, 9, 733)。此外，課題組在恒壓環(huán)境下的動態(tài)可控多相分離研究成果“Liquid gating elastomeric porous system with dynamically controllable gas/liquid transport”在美國科學(xué)促進(jìn)會出版的Science Advances發(fā)表。

  動物胃粘膜的屏蔽效應(yīng)為課題組研究提供了新的靈感，動物胃粘膜屏障中的粘液細(xì)胞會分泌粘液保護(hù)其免受胃酸的侵蝕。

  受此啟發(fā)，課題組設(shè)計合成了具有動態(tài)復(fù)合液體的多孔高分子膜材料，并在其中構(gòu)建微米通道，功能液體可以在微孔和微通道中動態(tài)流動。突破傳統(tǒng)固/液材料界面設(shè)計的限制，應(yīng)用全新的動態(tài)固/液/液界面設(shè)計制備液體復(fù)合高分子膜材料帶來優(yōu)異的抗污染性能，對無機物，有機物以及復(fù)合物甚至血液都具有很好的抗污作用。此外，由于微孔與微通道在一個尺度數(shù)量級，這樣一來，復(fù)合功能液體在微孔和微通道中的臨界壓強閾值就在可以協(xié)同調(diào)控的范圍內(nèi)，從而獲得特有的雙門控調(diào)控微流體輸運行為，為微流體輸運控制在藥物釋放，微反應(yīng)器，柔性機器人，生物/環(huán)境檢測技術(shù)等發(fā)展帶來了全新的思路和廣闊的應(yīng)用前景。

  生物中的肺泡，充滿了微米尺度的孔道，由液體填充了組織，氣體通過充滿液體的通道進(jìn)入組織內(nèi)部，進(jìn)行氣體交換。可彈性收縮的肺泡小孔，能夠很好地實現(xiàn)壓力梯度的液體門控開關(guān)。

  受到該生物肺泡小孔的啟發(fā)，課題組設(shè)計了仿生液體復(fù)合有機高分子彈性膜系統(tǒng)。此項研究首次將功能液體與有機高分子彈性體材料復(fù)合形成穩(wěn)定的復(fù)合膜體系，用于在恒壓環(huán)境下的可控多相輸運與動態(tài)分離。其中，功能液體由毛細(xì)力穩(wěn)定在彈性體多孔膜中，形成了一種液體門控，液體門控技術(shù)把傳統(tǒng)固液界面的科學(xué)問題轉(zhuǎn)移到液液界面，把液體作為動態(tài)“門”，來實現(xiàn)對物質(zhì)的可控輸運與分離。通過對彈性體材料孔徑的動態(tài)調(diào)控和液固界面的協(xié)同作用，控制流體的輸運性能。這一全新的復(fù)合材料設(shè)計思路有望應(yīng)用于有氣體參與的化學(xué)反應(yīng)、燃料電池、多相流體系、多相微反應(yīng)、仿生微流控、膠體顆粒的制備等領(lǐng)域。這一研究方向?qū)﹂_發(fā)新一代的多相分離系統(tǒng)提供新材料和新技術(shù)手段，推動多相物質(zhì)輸運與分離技術(shù)的發(fā)展。

  侯旭教授課題組致力于多尺度孔道材料的研究，提出了仿生多尺度智能門控的概念和多尺度界面的設(shè)計。仿生多尺度智能門控是指受到自然界中生物體的啟發(fā)而開發(fā)的微/納尺度的多孔膜材料，膜孔道受外界刺激，包括光、壓力、pH、溫度、濕度、電場及磁場等響應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)膜孔道的打開和關(guān)閉，選擇性地進(jìn)行物質(zhì)輸運（Adv. Mater., 2016, 28, 7049-7064）。多尺度界面的設(shè)計則包括多尺度孔道表面的液體滑移表面的設(shè)計，多尺度孔道內(nèi)固/液/液界面的設(shè)計，以及多尺度孔道內(nèi)的動態(tài)滑移界面的設(shè)計（Small, 2018, 1703283;ACS Nano,2018, DOI:10.1021/acsnano.7b07923）。

  研究工作得到國家自然科學(xué)基金委（項目批準(zhǔn)號：21673197），青年海外高層次人才引進(jìn)計劃第十二批“千人計劃”青年項目，高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃（項目批準(zhǔn)號：B16029）和廈門大學(xué)校長基金（項目批準(zhǔn)號：20720170050）等資助與支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-018-03194-z

http://advances.sciencemag.org/content/4/2/eaao6724