受自然启发的涂层可以为用于医学测试等的微型化学实验室提供动力

一种新开发的涂层允许某些液体在没有流体损失的情况下穿过表面，可能会在包括医学测试在内的一系列领域带来新的进展。

这种由多伦多大学工程学教授凯文·戈洛文 (Kevin Golovin) 领导的 DREAM(耐用驱虫工程先进材料)实验室创造的这种新涂层受到了自然界的启发。

“为了生存，大自然已经制定了在表面运输液体以生存的策略，”梦想实验室的研究员、最近发表在《先进功能材料》上的一篇新论文的主要作者穆罕默德·索尔塔尼 (Mohammad Soltani) 说。

“我们的灵感来自于仙人掌叶或蜘蛛丝等天然材料的结构模型。我们的新技术不仅可以定向输送水滴，还可以定向输送易于在大多数表面上扩散的低表面张力液体。”

这项创新对微流体学具有重要意义，微流体学是一个在通常不到一毫米宽的微小通道内传输少量液体的领域。该技术有许多应用，其中之一是使目前在化学实验室中进行的标准分析测试小型化。

通过减少所需的样本和试剂的数量，以及使用它们的自动化协议，微流体可以为芯片实验室设备提供动力，提供快速、廉价的医学测试。支持者希望这可以导致仅使用一两滴血在几分钟内诊断出多种疾病。

但是当前的微流体设备有一个关键的局限性：它们只能有效地处理具有高表面张力的液体，例如水。这种特性，也称为内聚力，意味着液体更倾向于粘附在自身上，而不是粘附在它被输送通过的通道的侧面。

高表面张力液体形成离散的液滴，可以独立移动，就像窗玻璃上的雨滴。甚至可以利用内聚力通过称为毛细管作用的过程沿通道拉动液滴。

相比之下，低表面张力液体，如醇类和其他溶剂，往往会粘在通道的侧面，目前在液滴分解之前只能传输约 10 毫米。毛细作用不再适用，因此这种传输需要外力(例如磁力或热量)来移动液滴。

新涂层使低表面张力液体能够传输超过 150 毫米的距离而不会损失任何液体，比目前可能的时间长约 15 倍。

该技术使用两种新开发的聚合物涂层，其中一种比另一种更防水。两者都由类似液体的聚合物刷组成。更具排斥性的涂层充当背景，围绕着较不排斥的涂层并沿表面形成微小的通道。通道允许液体以所需的模式或方向移动，而不会在运输过程中损失任何液体或需要额外的能量输入。

“聚合物刷涂层减少了流体摩擦并允许液滴被动传输，”Soltani 说，“更少的摩擦意味着更多的能量可用于传输液体。然后我们通过设计具有特定图案的通道来创造驱动力。”

无损失地传输低表面张力液体的能力将有助于芯片实验室设备的进步。使用这些独特的涂层，研究人员能够在更远的范围内传输液体，沿着精确的路径同时移动多种液体，甚至合并和分离液滴——所有这些都不会损失任何体积或经历交叉污染。

这项技术还将有助于限制研究实验室的浪费。由于设备表面没有残留物，因此没有交叉污染的风险，研究人员可以反复使用相同的设备。

“我们正在考虑将这项技术用于微流体生物测定，因为这是一个每一滴液体都很宝贵的领域，”戈洛文说。“我们的发现也有很大的潜力来推进即时诊断，例如肝脏或肾脏疾病，其中生物标志物筛查通常在非水介质中进行。

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