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  近日，華南師范大學(xué)水玲玲教授課題組在利用液滴微流控技術(shù)構(gòu)建跨尺寸多層微納米結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域取得突破，成果以《Microfluidics Assisted Fabrication of Three-Tier Hierarchical Microparticles for Constructing Bioinspired Surfaces》為題，發(fā)表在SCI影響因子13.709國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《ACS Nano》上（2019, 13(3): 3638-3648, DOI: 10.1021/acsnano.9b00245）。

  微流控技術(shù)結(jié)合了微納結(jié)構(gòu)對(duì)材料的限域作用，通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)和多相流體間的界面作用，可以將不同性能的材料有效結(jié)合在一起，構(gòu)建多維度和多層次結(jié)構(gòu)的材料單元。

  論文所做工作包括：

• （1）通過(guò)液滴微流控技術(shù)平臺(tái)，將納米顆粒（百納米級(jí)）分散在內(nèi)相水中，通過(guò)外相（與內(nèi)相不相溶的流體）在具有流動(dòng)聚焦型結(jié)構(gòu)的入口剪切形成均勻的微液滴（十微米級(jí)）。

• （2）通過(guò)顆粒擴(kuò)散和自組裝后，將水滴中的流體材料固化形成微球材料。

• （3）通過(guò)光聚合過(guò)程中納米顆粒表面和聚合物材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在納米顆粒表面形成可控的納米褶皺（十納米級(jí)）結(jié)構(gòu)（圖1左）。

  該方法構(gòu)建形成幾十微米大小的微球材料，微球中含有通過(guò)自組裝緊密排列的幾百納米顆粒，顆粒的表面被幾十納米的褶皺覆蓋。三個(gè)維度的尺寸均可調(diào)控，微球尺寸通過(guò)液滴形成過(guò)程中通道尺寸和流體流速控制，納米顆粒通過(guò)合成過(guò)程控制，褶皺通過(guò)聚合過(guò)程和材料控制。

圖1：液滴微流控技術(shù)構(gòu)建三種尺度的多層結(jié)構(gòu)微納米材料過(guò)程示意圖和實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

  這種多層結(jié)構(gòu)與自然界中的親疏水表面結(jié)構(gòu)單元非常相似，因此，可以作為微單元通過(guò)自組裝排列的方式認(rèn)為構(gòu)建特殊表面潤(rùn)濕性的材料，例如仿玫瑰花表面（rose pedal）和仿壁虎腳趾（gecko）的潤(rùn)濕性作用原理（圖1右）。

  本工作首次采用液滴微流控技術(shù)平臺(tái)，制備可以用于構(gòu)建特殊潤(rùn)濕表面材料的結(jié)構(gòu)單元；該方法可以連續(xù)制備大小可控、粒徑均勻的微球材料，材料的性能可以通過(guò)物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)材料相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)控，是一種技術(shù)可靠、性能穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)的材料加工方法。

圖2：采用制備的多層微球材料構(gòu)建的特殊潤(rùn)濕性表面結(jié)構(gòu)及潤(rùn)濕性展示結(jié)果

  水玲玲教授指導(dǎo)的博士研究生王娟為論文唯一第一作者，水玲玲教授為獨(dú)立通訊作者，華南師范大學(xué)為第一單位，荷蘭特文特大學(xué)（Twente University）為第二單位。王娟是華南師范大學(xué)“光流控技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（LOTS）”在讀博士研究生，由華南師范大學(xué)與荷蘭特文特大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)，合作導(dǎo)師為特文特大學(xué)Jan C. T. Eijkel教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b00245