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  從古至今，水（流體）的定向控制非常重要并且富有挑戰(zhàn)性。近年來(lái)，復(fù)旦大學(xué)俞燕蕾教授團(tuán)隊(duì)提出光致毛細(xì)作用力驅(qū)動(dòng)液體運(yùn)輸?shù)男聶C(jī)制，利用光響應(yīng)液晶高分子構(gòu)筑微通道實(shí)現(xiàn)液體的精確操控，相關(guān)成果發(fā)表在《自然》雜志（Nature, 2016, 533, 179-184）。應(yīng)用這一原理，近期該團(tuán)隊(duì)將光響應(yīng)液晶高分子涂覆在商用EVA軟管內(nèi)壁，構(gòu)筑了一種光控雙層微管執(zhí)行器。這種復(fù)合微管具有良好的柔性和可裁剪性，可以彎曲成螺旋形、S形、環(huán)形，甚至打結(jié)，并且表現(xiàn)出良好的液體操控性能。該柔性微管執(zhí)行器在可穿戴微流控領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

  俞燕蕾教授團(tuán)隊(duì)利用聯(lián)苯和偶氮苯基元的協(xié)同效應(yīng)，設(shè)計(jì)并合成了一種具有良好力學(xué)性能的光響應(yīng)線型液晶高分子PABBP，其彈性模量可與商用EVA軟管匹配，復(fù)合構(gòu)筑出雙層微管執(zhí)行器。此外，聯(lián)苯基元的引入能夠增加PABBP層中的光照穿透深度，提高光致形變能力，帶動(dòng)超過(guò)自身四倍厚度的非響應(yīng)層EVA管產(chǎn)生形變。

圖1.光控柔性微管執(zhí)行器的雙層結(jié)構(gòu)以及內(nèi)層液晶高分子PABBP的分子結(jié)構(gòu)（EVA層厚度約100 μm，PABBP層厚度約25 μm）。

  在溫和的光照（藍(lán)光LED燈，80 mW/cm²）條件下，雙層微管執(zhí)行器的局部截面積沿管軸方向發(fā)生不對(duì)稱變化，誘導(dǎo)管中液柱兩端形成不對(duì)稱毛細(xì)作用力，驅(qū)動(dòng)各種液體包括高粘度硅油以及水的定向運(yùn)輸。此外，利用光遠(yuǎn)程、精確、定點(diǎn)操控的特點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)能夠驅(qū)動(dòng)多根平行排列微管中的液柱單獨(dú)或者同步移動(dòng)，為微流控系統(tǒng)的集成控制提供了可能性。

圖2. (a) 單層PABBP管在藍(lán)光照射下的光致形變；(b) 光致毛細(xì)作用力驅(qū)動(dòng)液柱運(yùn)輸?shù)脑韴D；(c) 利用點(diǎn)光源與線光源驅(qū)動(dòng)液柱在多根微管中的定向運(yùn)動(dòng)；(d) 雙層微管執(zhí)行器在手指彎曲狀態(tài)下的光控液體運(yùn)輸。

  實(shí)驗(yàn)還進(jìn)一步證明，附著在手指上的雙層微管執(zhí)行器隨著手指彎曲改變形狀但不會(huì)折斷，且在藍(lán)光驅(qū)動(dòng)下仍能實(shí)現(xiàn)管內(nèi)液體的定向移動(dòng)。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)PABBP層具有一定的自修復(fù)性能，受損斷裂后，在紫外光照射下發(fā)生光致流體化，可與EVA層重新貼合，恢復(fù)液體運(yùn)輸功能，有效提升雙層微管執(zhí)行器的穩(wěn)定性以及使用壽命。這種微管執(zhí)行器有望作為可穿戴微流控部件，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)柔性器件的便攜化和小型化。

  以上成果作為封面論文發(fā)表在Small (Small, 2019, 15, 1901847)上。論文的第一作者為復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系博士生許波，通訊作者為俞燕蕾教授。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201970131