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中国科大在微流动技术开发方面取得新突破
2023年12月14日 14:20:34
来源：化工仪器网 作者：杨 点击量：11397
近日，中国科学技术大学工程科学学院特任副研究员朱志强、教授司廷和教授徐晓嵘在微纳尺度流动理论和调控方面取得新突破，提出无边界约束的开放式微流动方法，实现从零维到三维材料的先进制造。
【化工仪器网 项目成果】微流动技术是指在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的技术，是在微电子、微机械、生物工程和纳米技术基础上发展起来的一门全新交叉学科。在生物、化学、材料等科学实验中，经常需要对流体进行操作，如样品DNA的制备、液相色谱、PCR反应、电泳检测等操作都是在液相环境中进行。如果要将样品制备、生化反应、结果检测等步骤集成到生物芯片上，则实验所用流体的量就从毫升、微升级降至纳升或皮升级，这时功能强大的微流动装置就显得必不可少了。因此随着生物芯片技术的发展，微流动技术作为生物芯片的一项关键支撑技术也得到了人们越来越多的关注。
然而，传统的微流控芯片和玻璃毛细管等技术采用封闭式通道结构，其流动过程严重依赖于壁面润湿性和介质的物理化学属性，在一定程度上限制了微流动技术的发展和应用。相比之下，开放式微流动技术具有自由的流体边界和敞开的流动空间，能够更灵活地引导、设计和固化流体模板，尤其适用于高粘度、高密度以及多场耦合等复杂条件下的微量流体操纵。通过开发微流动新技术，功能材料制造过程变得更加灵活、稳定和经济。
近日，中国科学技术大学工程科学学院特任副研究员朱志强、教授司廷和教授徐晓嵘在微纳尺度流动理论和调控方面取得新突破，提出无边界约束的开放式微流动方法，实现从零维到三维材料的先进制造。
研究人员介绍，他们提出的新技术克服传统封闭式微通道的局限性，具有生产效率高、材料适用性广、易于集成化和工业化等特点，在微球和微胶囊制备、增材制造、生物医学、能源环境、传感和微型机器人等领域展现出重要的应用前景。
近年来，该研究团队在微流动技术开发与先进材料制造等方面取得系列进展。在微流动基础研究方面，将不稳定性理论与实验观测、数值模拟相结合，建立了力热、力电等耦合条件下多相流体界面不稳定性理论方法，获得了多介质微流动中复合射流与控制参数间的尺度律关系，揭示了流体界面扰动发展的物理规律，阐明了不同作用力对界面不稳定性及界面耦合的作用机制，理论模型成功预测了实际应用中的复合射流、电射流、热射流等流动规律。
在微流动技术开发方面，研究团队已提出了主动激励流动聚焦、旋转流动聚焦、动态界面剪切和可编程气动打印等无边界约束的新方法，自主研制了高产能、智能可控的精细雾化和功能性微胶囊制造设备，成功制备了不同结构和功能的微纳颗粒、胶囊和纤维，为先进材料制造、生命科学研究、生物传感分析等领域提供了强大的工具。
在微流动实际应用方面，克服了宽Z数多界面微液滴的可编程3D打印难题，成功实现了药物在多种外部刺激作用下的精准可控释放，获得了“节点+沟槽”形超快集水微纤维的精准制造，突破了基于液滴体积及响应性材料的智能信息加密及存储，显著提升了微型机器人在复杂环境下的运行效率等。
结合国内外微流动技术的最新进展，该团队撰写的长篇综述Free-Boundary Microfluidic Platform for Advanced Materials Manufacturing and Applications于近日发表于《ADVANCED MATERIALS(先进材料)》。
参考来源：中国科学报
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