液體單向輸運(yùn)在微流控芯片，霧氣收集，噴墨打印乃至潤(rùn)滑減阻等方面都有著重要的應(yīng)用。
大自然是人們解決科學(xué)難題的靈感源泉，在之前的研究工作中，研究者們發(fā)現(xiàn)沙漠甲殼蟲(chóng)背、仙人掌刺、蜘蛛絲利用其本身的浸潤(rùn)性梯度或是結(jié)構(gòu)梯度可以自發(fā)地對(duì)液體進(jìn)行定向輸運(yùn)。
研究者通過(guò)模仿這些生物體結(jié)構(gòu)，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)液體輸運(yùn)方向的調(diào)控。然而這些方法仍然存在很多局限性。如其輸運(yùn)液體的體積小（< 2 毫升），距離短（< 5 毫米），而且輸運(yùn)液體的種類也受到限制。
近，受到水在豬籠草口緣表面連續(xù)快速定向鋪展現(xiàn)象的啟發(fā)，科研人員通過(guò)掃描電子顯微鏡分析和解剖豬籠草口緣表面特殊的微觀結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了仿生豬籠草口緣結(jié)構(gòu)，該仿生結(jié)構(gòu)能夠克服上述缺陷，無(wú)需外界能量注入，即可實(shí)現(xiàn)多種液體自發(fā)長(zhǎng)程大體積的定向輸運(yùn)，擁有超越自然的性能與應(yīng)用。
盡管取得了很大的進(jìn)展，但在這些研究中，液體只能單向的鋪展，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)液體從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的整體移動(dòng)。
近日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員取得了新進(jìn)展。在突然自發(fā)的氣泡的懸浮作用下，停留在仿豬籠草口緣表面上的液體可以像尺蠖一樣定向和迅速地蠕動(dòng)爬行。減壓抽真空或化學(xué)反應(yīng)均會(huì)引起仿豬籠草口緣表面上的不對(duì)稱微腔中的氣泡突然成核，生長(zhǎng)，合并（奧斯特瓦爾德熟化過(guò)程）和破裂，并在液體下方產(chǎn)生定向的過(guò)壓，從而導(dǎo)致液體的定向收縮和伸張。這種通過(guò)氣泡調(diào)節(jié)的新液體定向移動(dòng)模式有望應(yīng)用于微流控設(shè)備，油水分離和集水系統(tǒng)等。
圖S1. 豬籠草口緣表面的掃描電鏡（SEM）圖像 （飛納電鏡 Phenom Pro）(a)、(e) 不同生長(zhǎng)周期的口緣內(nèi)表面的掃描電鏡圖。(b) - (d) 和 (f) - (h)，豬籠草口緣表面的高倍掃描電鏡圖像。
口緣表面具有二級(jí)微槽結(jié)構(gòu)，每個(gè)微槽里面周期性地排列鴨嘴狀的微腔，這些結(jié)構(gòu)使得豬籠草可以將液體從內(nèi)側(cè)不斷地定向輸運(yùn)到外側(cè)，從而在其表面形成一層濕滑的水膜，當(dāng)昆蟲(chóng)被吸引過(guò)來(lái)后，就會(huì)從口緣滑落到捕蟲(chóng)籠中被捕獲。[1]
圖 S9. 仿豬籠草口緣結(jié)構(gòu)的 PDMS 人造表面的掃描電鏡圖（飛納電鏡 Phenom Pro）。[2]
參考文獻(xiàn)
[1] S. Zhou, C. L. Yu, C. X. Li, Z. C. Dong, L. Jiang, Programmable unidirectional liquid transport on peristome-mimetic surfaces under liquid environments. J. Mater. Chem. A 7, 18244-18248 (2019).
[2] S. Zhou, C. L. Yu, C. X. Li, L. Jiang, Z. C. Dong, Droplets Crawling on Peristome-Mimetic Surfaces. Adv. Funct. Mater. 30, 1908066 (2020).
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