上海观察：以光驭水：1秒钟，让汽油爬升6毫米

水往低处流，这是自然界常识。许多年来，科学界探索，用各种驱动力改变这个流向。用光听说过吗？今天，《自然》杂志刊登复旦科研团队论文，他们的基 础研究提出全新概念的光控微流体新技术，不仅让水往高处流成为可能，更以光驭水，一秒让汽油爬6毫米。这将对未来人类技术发展、生活到来怎样的改变呢？

微量液体传输是涉及诸多领域的重要问题。诸如昂贵液体药品的无损转移、微流体器件与生物芯片中的液体驱动等，都与之直接相关。在一块几平方厘米大小 的芯片上集成生物和化学领域所涉及的基本操作单元，通过微流控技术完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析，这是近年来日趋热门的芯片实验室。 它对医疗、化工等技术而言，都是前沿领域，也是许多国家研究团队探索的方向。然而，流体的驱动问题是阻碍微流控技术发展的重要障碍，此前不少研究中， 微流控制技术芯片，往往是“芯片一小片，外接驱动设备好大一台一房间的”的情况，这严重阻碍新技术的家庭化、普及化。

复旦大学材料科学系、聚合物分子工程国家重点实验室教授俞燕蕾，带着平均年龄29岁的团队，尝试通过仿生，求解答案。

何为仿生？俞燕蕾介绍，我们把微流体系统中的液体流通管道，看做血管；把驱动力设备看做搏动的心脏，就能形象地了解这个系统结构。“动脉血管通过改 变形状来泵血，那么我们可不可以通过材料形状的变化来寻找新的驱动力？”俞燕蕾团队设计了一种光控管状系统。 微管受到光照时会产生形变，这种外形的变化驱动液体以可控的速率和方向进行长距离的运动。利用光致不对称形变产生的毛细作用力来驱动液体运动，这是一种全 新的操控机制。

俞教授说，润湿的液体能够在轴向不对称毛细作用力驱动下，自发向锥形毛细管的细端移动。脱胎于该条原理，团队别出心裁地设计构建出一种管径可在常用LED可见光源刺激下发生不对称变化的微米尺度液晶高分子微管执行器，兼具流体通道和驱动泵的双重功能。

原来，传统的微流体器件通常采用硅材料、玻璃等非响应性材料构建。由这些材料构筑的微流体器件需要连接许多外部驱动设备来完成微量液体的操控。而以 往报道的液晶高分子材料多为交联液晶高分子，化学交联网络的存在又使得这些材料不溶不熔，无法满足三维立体形状执行器的实际加工需要。如何设计一种加工性 能优越、能够制成微管执行器的新型液晶高分子材料？在明确液体驱动机制后，这一问题曾一度成为团队思考的重心。

再向自然界“取经”，团队留心到，生物动脉血管管壁因其层状结构的存在，可承受高达2000毫米汞柱的压强，可谓异常坚韧。受此启发，仿生设计一种 全新结构的线型液晶高分子材料最终成为问题的解决之道。通过开环易位聚合法，团队成功制备出超高分子量的新型光致形变液晶高分子材料。这种线型液晶高分子 没有化学交联结构，兼具优良的溶液和熔融加工性能，并可自组装形成类同于生物动脉血管的纳米层状结构，拥有良好的机械性能。其断裂伸长率可达传统交联液晶 高分子的100倍，能够以简便的溶液加工法制成多种形状，是新一代高性能液晶高分子光致形变材料。采用该材料，俞燕蕾教授团队已成功构筑直形、Y形、S形 及螺旋形自支撑微管执行器，可用于在光照条件下操控不同类型的液体运动。

通过由管径变化所诱发的毛细作用力变化，利用光来操控微管中液滴运动的“神通”得以以一种与过往全然不同的方式实现。实验显示，不仅汽油、就连日常 所喝的牛奶以及其他十多种液体，均能在这一新系统中，被光驾驭。对此，自然杂志的编辑评论：该体系能驱动液体产生S 形和螺旋形运动轨迹，这在以往报道的封闭微通道中是无法实现的。

今日晦涩专业的基础研究，往往是明日改变生活新技术的发端。当被问及微流体系统新技术的应用时，团队表示，它有望在生物医药设备、生化检 测分析、微流反应器、芯片实验室等诸多领域大施拳脚，应用价值相当可观。以生化检测分析为例，液体的反应、分离、纯化或都可以通过该微管执行器完成。至为 重要的是，在实现相应功能之余，微管执行器还能为微流控系统“瘦身”。当光源成为操控手段，外接驱动设备不再必要，大幅度系统简化成为可能。未来，这一技 术甚至可能成为人造血管、人造循环系统的技术储备之一。