用飞秒激光制造出磁响应“双面神折纸”机器人

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科技日报记者 吴长锋

9月8日，记者从中国科学技术大学获悉，该校工程科学学院微纳米工程实验室胡衍雷教授团队及其合作者，利用飞秒激光微纳制造方法，制备了一种可用于跨尺度液滴操纵的磁响应双面神折纸机器人，实现了多样化液滴操纵功能的有效集成，包括液滴的三维运输、合并、分裂、子液滴分发与按需释放、搅拌以及远程加热等。同时，这种操纵策略的高稳定性赋予了其跨尺度液滴操纵能力。相关研究成果日前发表于《自然•通讯》。

对跨尺度液滴的多样化操纵，在精细化学和生物医疗检测等领域都有重要的应用前景。从实用角度出发，有效的液滴操纵技术需要多功能集成及多尺度适用性。然而，如何进一步扩展磁响应液滴操纵的功能，并将多样化的液滴操纵功能从微升尺度扩展到纳升尺度仍极具挑战。

科研人员介绍，磁响应双面神折纸机器人的上下表面分别具有不同的润湿特性。机器人上表面为超疏水低液滴黏附状态，而下表面则为疏水高液滴黏附状态。同时，机器人的上表面还设计了两条折痕，以使机器人与液滴相接触时，可以在毛细力的作用下自发包裹液滴。机器人整体轮廓、折痕和表面微纳功能结构的加工和改性均由秒激光扫描而成。机器人在磁场驱动下通过翻滚主动靠近并包裹水滴，可以实现对水滴的可控运输。除此之外，磁响应双面神折纸机器人还可以通过定向翻滚与折叠从大液滴中分发出子液滴。通过控制磁场强度可以将分发的子液滴从机器人中挤出。机器人利用其特殊设计的超疏水外表面轻推水滴，可以实现子液滴的可控释放分离。机器人也可以在磁场作用下旋转，实现液体的可控混合，并结合其光热特性实现远程加热。

研究表明，磁响应双面神折纸机器人可以实现类似于商业化磁力搅拌机的搅拌及加热功能。除了能够实现水的快速混合之外，通过机器人的加热搅拌功能还可以有效实现高黏度液体（甘油）的快速混合。加热温度可以达到80℃以上。在实现多样化液滴操纵的基础上，研究人员让磁响应双面神折纸机器人可以将多种液滴操纵功能有效集成，实现连续的液滴操纵目标，这种多功能液滴操纵集成还能够有效扩展到纳升尺度液滴上。最后，作为概念验证，研究人员通过对磁响应双面神折纸机器人进行表面修饰，并结合其多样化的液滴操纵功能，成功实现了核酸的提取和纯化。

研究人员介绍，磁响应双面神折纸机器人可以实现跨尺度液滴操纵，对精细化工、医疗诊断和微流体技术等广泛需要精确获取和添加试剂、微液滴图案化和快速微液滴反应等领域具有重要意义。

（中国科学技术大学供图）

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