跟着激光笔跑的可能不是猫/袋鼠，而是“光控液滴机器人” | NSR

会跟着激光笔跑的，可能不是你家的猫，也不是《独行月球》里会拉车的“刚子”，而是中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏团队与合作者最近研发的“光控液滴机器人”——不信你看，它穿越隧道、绕过障碍，还挺灵活——

液滴在光诱导下穿越隧道

液滴在光诱导下绕过障碍物

“光控液滴机器人”的秘密不在于液滴本身，而在于液滴所处的新型超双疏表面PICS（photo-induced charged surface）。这种表面由具有高效光热与导热性能的液态金属颗粒（LMP），与具有独特铁电效应的聚偏氟乙烯-三氟乙烯聚合物（P(VDF-TrFE)）复合而成。在光的诱导下，PICS表面上的电荷可以实时、高效、持续再生，从而实现对表面上液滴行为的调控——液滴可进行高速、长距离、多模态、群体精准运动，从而完成环境感知、细胞输运等多种任务。也就是说，“光控液滴”是一个“光→热→电荷→液滴运动”的转换过程。

大面积制备的PICS具有（a）优异的力学特性和（b）光诱导电荷再生能力

实验显示，PICS的表面电荷再生能力具有诸多优势：

（1）实时高效：在较低光强的近红外光（NIR，42 mW cm-2）照射下，几秒内即可产生表面电荷密度高达252 pC mm-2；

（2）耐极端环境：较高环境湿度（~90%）与温度（~70 ℃）等极端环境对其表面电荷高效再生能力几无影响；

（3）稳定性高：在持续10000次光照循环后，其电荷高效再生性能仍维持稳定。

PICS的光诱导电荷实时再生性能

基于上述优势，研究团队实现了PICS上光控液滴高速（8 μL水滴，平均速度：~ 35.9 mm s-1）、长距离、多模态（向前、向后、旋转）、集体定向运动，且光控液滴高速运动在较高环境湿度、逾100次循环后仍能维持稳定，并可拓展到如高浓度氯化钠（1 M）等复杂溶液。研究团队还采用麦克斯韦应力张量模型分析验证了光控液滴运动机制。

液滴的长距离快速运动

在此基础上，研究团队实现了光操控液滴在液滴机器人领域的多种应用：除了文章开头展示的穿越隧道和避障运动，还可以清除粉末、在PICS共形贴合的管内搬运物体，甚至在运动的同时感知环境磁场变化，而产生肉眼可见的液滴颜色变化。

液滴机器人清除粉末

液滴机器人在管内搬运物体

液滴机器人在运动中感知磁场环境并变色

此外，得益于操控条件温和、生物相容性好的独特优势，研究团队还拓展了液滴机器人在细胞输运、生化检测等生物领域的应用。

与此前的一些光控液滴技术相比，这种新的方法具有设备简单、操控灵活、持久性强、液滴运动更灵活，并且无污染、生物相容性好等诸多优势。这项成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），中国科学院深圳先进技术研究院博士后王芳、刘美金、博士生刘聪为论文第一作者，杜学敏研究员为论文通讯作者。

转自：“中国科学杂志社”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！