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中國科大在微流動技術開發方面取得新突破
2023年12月14日 14:20:34
來源：化工儀器網 作者：楊 點擊量：11340
近日，中國科學技術大學工程科學學院特任副研究員朱志強、教授司廷和教授徐曉嶸在微納尺度流動理論和調控方面取得新突破，提出無邊界約束的開放式微流動方法，實現從零維到三維材料的先進制造。
【化工儀器網 項目成果】微流動技術是指在微觀尺寸下控制、操作和檢測復雜流體的技術，是在微電子、微機械、生物工程和納米技術基礎上發展起來的一門全新交叉學科。在生物、化學、材料等科學實驗中，經常需要對流體進行操作，如樣品DNA的制備、液相色譜、PCR反應、電泳檢測等操作都是在液相環境中進行。如果要將樣品制備、生化反應、結果檢測等步驟集成到生物芯片上，則實驗所用流體的量就從毫升、微升級降至納升或皮升級，這時功能強大的微流動裝置就顯得必不可少了。因此隨著生物芯片技術的發展，微流動技術作為生物芯片的一項關鍵支撐技術也得到了人們越來越多的關注。
然而，傳統的微流控芯片和玻璃毛細管等技術采用封閉式通道結構，其流動過程嚴重依賴于壁面潤濕性和介質的物理化學屬性，在一定程度上限制了微流動技術的發展和應用。相比之下，開放式微流動技術具有自由的流體邊界和敞開的流動空間，能夠更靈活地引導、設計和固化流體模板，尤其適用于高粘度、高密度以及多場耦合等復雜條件下的微量流體操縱。通過開發微流動新技術，功能材料制造過程變得更加靈活、穩定和經濟。
近日，中國科學技術大學工程科學學院特任副研究員朱志強、教授司廷和教授徐曉嶸在微納尺度流動理論和調控方面取得新突破，提出無邊界約束的開放式微流動方法，實現從零維到三維材料的先進制造。
研究人員介紹，他們提出的新技術克服傳統封閉式微通道的局限性，具有生產效率高、材料適用性廣、易于集成化和工業化等特點，在微球和微膠囊制備、增材制造、生物醫學、能源環境、傳感和微型機器人等領域展現出重要的應用前景。
近年來，該研究團隊在微流動技術開發與先進材料制造等方面取得系列進展。在微流動基礎研究方面，將不穩定性理論與實驗觀測、數值模擬相結合，建立了力熱、力電等耦合條件下多相流體界面不穩定性理論方法，獲得了多介質微流動中復合射流與控制參數間的尺度律關系，揭示了流體界面擾動發展的物理規律，闡明了不同作用力對界面不穩定性及界面耦合的作用機制，理論模型成功預測了實際應用中的復合射流、電射流、熱射流等流動規律。
在微流動技術開發方面，研究團隊已提出了主動激勵流動聚焦、旋轉流動聚焦、動態界面剪切和可編程氣動打印等無邊界約束的新方法，自主研制了高產能、智能可控的精細霧化和功能性微膠囊制造設備，成功制備了不同結構和功能的微納顆粒、膠囊和纖維，為先進材料制造、生命科學研究、生物傳感分析等領域提供了強大的工具。
在微流動實際應用方面，克服了寬Z數多界面微液滴的可編程3D打印難題，成功實現了藥物在多種外部刺激作用下的精準可控釋放，獲得了“節點+溝槽”形超快集水微纖維的精準制造，突破了基于液滴體積及響應性材料的智能信息加密及存儲，顯著提升了微型機器人在復雜環境下的運行效率等。
結合國內外微流動技術的最新進展，該團隊撰寫的長篇綜述Free-Boundary Microfluidic Platform for Advanced Materials Manufacturing and Applications于近日發表于《ADVANCED MATERIALS(先進材料)》。
參考來源：中國科學報
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