实现流体可控传输的开放式形状记忆微流控芯片

开放微流控系统由于具有易制备和使用灵活等特点在即时检测和生物化学领域有较大发展潜力。

然而，传统的微阀和微泵很难集成在开放通道微流控芯片上，流体受控差是开放式微流控的一个共同缺点。形状记忆聚合物作为一种“智能”材料，在外部刺激下可局部或整体发生形状变化，在流体驱动与控制等方面有潜在应用价值。

近日，东北大学徐章润教授团队提出了一种通过控制开放通道中形状记忆微结构变形引起的连续拉普拉斯压力来控制液体流动的方法。

该工作中，基于乙烯-醋酸乙烯共聚物制备了形状记忆开放通道微流控芯片，通道中均匀分布着多米诺骨牌状的矩形微柱。

微柱中因含有Fe₃O₄纳米材料和还原铁粉，而具有光热响应和磁响应能力。在磁力辅助下，可通过近红外光照射调节微柱弯曲角度和弯曲方向。

流体在开放通道中流动的驱动力有两个，一个是由于亲水性通道中的毛细作用，另一个是流体在弯曲微柱诱导下产生的拉普拉斯压力。

基于此实现了通过对通道内微柱赋形来设定流体的流动路径。流体在通道中的流速取决于通道壁表面的润湿性和微柱弯曲角度，因此通过调节通道壁表面亲水性和微柱弯曲角度实现了对流体流动速度的调控。

此外，结合局部疏水改性和微柱可逆形变形成或断开“微桥”实现了对流体流动的启动和停止的控制（图1）。

图1 开放通道中通过对微柱赋形调控液体流动

此外，研究人员进一步设计了用于微液滴萃取的开放通道微流控芯片。通道中连续流动的正己醇将液滴中的罗丹明B萃取出来后自发流入液池中，萃取完成后可将液池中的萃取物转移至芯片外进行浓缩，并用拉曼光谱仪进行检测。该流体操控策略提高了开放通道中流体流动的可操控性，在微量样品分离分析中具有独特的优势。

审核编辑：刘清