微流控芯片与流体刻印结合制备螺旋微型马达

微流控芯片广泛应用于多种材料的制备，所获得的材料形貌多样，且在结构上能够得到非常精确的控制。流体刻印能够针对流体的特定部位进行紫外在线固化，从而即时获得固定形貌。然而，目前流体刻印仅实现了在平面上成功制备材料，很难实现具有特殊形貌的三维结构材料的制备。近日，东南大学的赵远锦教授（点击查看介绍）课题组将微流控芯片与流体刻印技术巧妙结合，实现了螺旋微型马达的在线制备。该研究成果发表于Angewandte Chemie International Edition 杂志上。

许多细菌都有鞭毛，每根鞭毛受基底的鞭毛马达驱动而旋转，对细菌包体产生推动力。受到这种鞭毛马达的启发，人造螺旋微型马达的制备受到了广泛的关注。但受到制备方法以及复杂内部结构的限制，两组分、三组分、核壳结构的螺旋微型马达的制备尚无报道。

赵远锦教授课题组提出了一种将流体刻印集成于微流控螺旋纺织系统来连续制备螺旋微马达的方法。该方法首先借助于微流控芯片对流体流动行为进行调节，同时利用快速的离子交联形成具有连续螺旋结构的微米纤维模板；同时，通过光掩模板和紫外光照对模板中的光敏感材料进行区域性的聚合，得到离散的聚合单元；最后将模板中未聚合部分的水凝胶降解，即可得到离散的螺旋微型马达。相比于传统的制备方法，这种方法可以实现多相流体的控制，还可通过改变微流控芯片中的流体组成，实现多组分、核壳结构螺旋微马达的制备，增加了其内部结构的复杂度，从而赋予制备得到的螺旋微马达更加丰富的应用。

图1. a）微流控螺旋纺织与掩模板紫外聚合系统制备具有离散聚合单元的螺旋纤维；b）通过酶降解纤维模板中未被光聚合的部位得到螺旋微马达

通过这种集成系统制备得到的螺旋微马达具有多样的结构，可以实现非燃料驱动和燃料驱动两种运动模式。在非燃料驱动模式下，螺旋微马达通过在其中引入磁响应的纳米粒子，借助外部磁场的调节可实现旋转和进动的功能。在燃料驱动的应用中，具有核壳结构的螺旋微马达可以更好地利用催化反应产生气体，获得向前运动的推动力。核层中具有催化作用的纳米粒子可以对外部的流体进行更加集中的催化，从而产生更集中的推动力，实现螺旋微马达在流体中的定向运动。

图2. 旋转磁场对含有磁性纳米粒子的螺旋微马达进行运动调控

图3. 核壳结构的螺旋微马达在过氧化氢溶液中的定向运动

该研究的意义在于，流体刻印技术的引入可以拓宽微流控芯片在材料制备方面的应用，实现三维螺旋聚合物材料的在线制备，对功能性聚合物材料的制备与应用有着重要的启发作用。

该论文作者为：Yunru Yu, Luoran Shang, Wei Gao, Ze Zhao, Huan Wang, Yuanjin Zhao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Microfluidic Lithography of Bioinspired Helical Micromotors

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201705667

导师介绍

赵远锦

http://www.x-mol.com/university/faculty/41619