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廈門大學侯旭教授團隊 Adv. Mater.：具有外部誘導內部微尺度流動的仿生液體囊袋

2025-01-13 來源：高分子科技

微尺度流體控制系統的核心在于材料的精心設計與制造，其在微型閥門、化學分析、生物檢測和藥物遞送等領域發揮了重要作用。然而，當前在響應控制方面的研究主要依賴直接作用于孔隙和通道內表面，以實現流體調控，這類設計通過改變輸送流體的性質實現快速的激活響應。然而，高度可逆的界面切換往往會在流體系統中引入穩定性問題，而內部流體控制組件則可能加劇一些挑戰，尤其是結垢問題。

近日，廈門大學侯旭教授團隊受胃黏膜啟發，開發了一種仿生液體囊袋材料。該材料由熱驅動水凝膠和多孔基質組成，其中熱驅動水凝膠作為外部激活單元，能夠響應溫度刺激釋放交互流動液體；多孔基質則作為互連囊袋，用于交互流動液體的傳輸，從而實現可控的內部傳輸流體流動及自適應屏障功能（圖1）。研究團隊采用全球首款液體門控智能測試分析儀實時監測了限域流體傳輸過程中的行為變化，并AI智能分析相關傳輸特征，實驗和理論分析表明，液體囊袋的穩定性及其流體調控能力依賴于外部激活單元與內部流體間的互連囊袋結構（圖2）。這種創新設計不僅為在響應材料界面上調節微尺度流動提供了全新思路，還展現出順序藥物釋放、自清潔、抗污和抗溶脹的特性（圖3），成功解決了微流控領域長期存在的關鍵難題。這一研究成果以“Bioinspired Liquid Pockets with Externally Induced Internal Microscale Flow”為題發表在《Advanced materials》上。

圖 1. 受胃粘膜屏障結構啟發的仿生液體囊袋的設計

圖 2. 仿生液體囊袋材料系統響應行為的可逆性和可控性

圖 3. 仿生液體囊袋的可調順序藥物釋放

該項研究通過外部激活單元調控內部微尺度流體流動，突破了傳統微流控系統的關鍵局限性，后者往往依賴內部組件進行流體控制。通過引入互連囊袋結構，實現了交互流動液體的可逆傳輸，確保了微尺度流體行為的穩定性和可控性，同時有效防止污染和粘附，并提供可調節的順序藥物釋放功能。這一創新成果不僅解決了微流控領域的長期技術難題，還為智能材料、藥物遞送和化學合成等領域提供了全新思路。借鑒生物啟發的設計原則，該研究開創了一種將流體輸運控制集成到智能材料系統中的新方法。在受限空間內穩定操控流體的能力，為人工器官系統、靶向藥物治療以及先進診斷設備的未來設計帶來了重要啟示，推動該領域向更加自適應和多功能化的系統方向邁進。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202415661

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（責任編輯：xu）

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