磁場驅動(dong)微板(ban)陣列(lie)表面實現(xian)定(ding)向輸(shu)運(yun)

  設(she)計並驅動(dong)微納(na)米結(jie)構(gou)表面實現(xian)物(wu)體的(de)定(ding)向(xiang)輸運(yun)在(zai)微電子、生物醫藥及防汙(wu)自(zi)清(qing)潔(jie)等(deng)領(ling)域具有廣(guang)泛的應(ying)用(yong)前景。在(zai)這些(xie)應(ying)用領(ling)域中，提高定(ding)向(xiang)輸運(yun)的速度(du)能(neng)進(jin)壹步(bu)提高輸(shu)運(yun)效率(lv)。此外(wai)，通(tong)過(guo)對微(wei)結(jie)構(gou)和驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)的創新性(xing)設(she)計，實現(xian)對多種不同形(xing)狀(zhuang)的物體(ti)在(zai)不同環(huan)境中(zhong)的定(ding)向輸(shu)運(yun)也(ye)具有(you)重要意(yi)義。

  近日(ri)，北(bei)京(jing)理(li)工(gong)大(da)學*結(jie)構(gou)技術(shu)研(yan)究(jiu)院(yuan)陳(chen)少(shao)華(hua)教(jiao)授(shou)課(ke)題組(zu)提(ti)出了壹種通(tong)過(guo)磁場控制(zhi)微(wei)結(jie)構(gou)表面快(kuai)速輸運(yun)固體物塊(kuai)的方(fang)法(fa)。該(gai)方(fang)法(fa)能(neng)夠(gou)對厘(li)米級(ji)的固(gu)體(ti)物(wu)塊(kuai)進(jin)行快速定向輸運(yun)，其輸運(yun)速率(lv)相(xiang)對於(yu)已有(you)文獻(xian)中的輸(shu)運(yun)速率(lv)有(you)大(da)幅(fu)度(du)的提(ti)升。微結(jie)構(gou)表面主要由(you)磁響(xiang)應微(wei)板陣列(lie)結(jie)構(gou)和純(chun)PDMS基(ji)底(di)組(zu)成(cheng)，單個微板(ban)高度(du)為950微(wei)米，厚(hou)度(du)為150微(wei)米。該(gai)研(yan)究(jiu)結(jie)合(he)微尺(chi)度(du)3D打(da)印技術(shu)制(zhi)備(bei)實驗樣件(jian)，所(suo)使(shi)用的(de)3D打(da)印設(she)備（nanoArch S140，摩方(fang)精密(mi)）的(de)光學精度(du)為10μm，能(neng)實現(xian)94×52×45mm大(da)小的(de)三(san)維(wei)加工(gong)尺(chi)寸。基(ji)於(yu)該(gai)設(she)備加(jia)工了板狀微結(jie)構(gou)陣列(lie)，並通(tong)過(guo)倒模制(zhi)備(bei)出含有磁顆粒的PDMS微結(jie)構(gou)試(shi)樣，然(ran)後通(tong)過(guo)磁場控制(zhi)微(wei)結(jie)構(gou)的變形(xing)儲(chu)能(neng)以及能(neng)量的快(kuai)速釋放，實現(xian)定(ding)向輸(shu)運(yun)的功(gong)能(neng)。該(gai)成(cheng)果以“Directional Transportation on Microplate-Arrayed Surfaces Driven via a Magnetic Field”為(wei)題發表於(yu)國(guo)際(ji)期(qi)刊ACS Applied Materials & Interfaces上(shang)。該(gai)工(gong)作(zuo)由(you)北(bei)京(jing)理(li)工(gong)大(da)學*結(jie)構(gou)技術(shu)研(yan)究(jiu)院(yuan)李(li)程(cheng)浩博士作(zuo)為(wei)第(di)壹作(zuo)者(zhe)完(wan)成。

圖1.微(wei)結(jie)構(gou)制(zhi)備(bei)及實驗裝(zhuang)置示意(yi)圖

圖2.固(gu)體(ti)物(wu)塊(kuai)定向(xiang)輸(shu)運(yun)及驅動(dong)過(guo)程分(fen)析

圖(tu)3.通(tong)過(guo)磁場控制(zhi)微(wei)結(jie)構(gou)表面實現(xian)不同形(xing)狀(zhuang)物體的(de)定向輸運(yun)，及不同重量(liang)物(wu)體的(de)篩選分(fen)離(li)（空氣(qi)環(huan)境和水下(xia)）

       該(gai)研(yan)究(jiu)提(ti)出了壹種通(tong)過(guo)磁場控制(zhi)微(wei)結(jie)構(gou)表面快(kuai)速輸運(yun)固體物塊(kuai)的方(fang)法(fa)，並揭(jie)示了輸運(yun)機(ji)理(li)：通(tong)過(guo)磁場控制(zhi)微(wei)結(jie)構(gou)變形(xing)儲(chu)存(cun)彈(dan)性(xing)能(neng)，然後通(tong)過(guo)控制(zhi)微(wei)結(jie)構(gou)逐個回彈(dan)，使(shi)得(de)儲存(cun)在(zai)微結(jie)構(gou)中的彈(dan)性(xing)能(neng)依次(ci)快(kuai)速釋放，並驅動(dong)物體(ti)連(lian)續(xu)向(xiang)前運(yun)動(dong)，以此實現(xian)固(gu)體物(wu)塊(kuai)的快(kuai)速定向輸運(yun)。此方(fang)法(fa)具有(you)廣(guang)泛的適(shi)用(yong)性(xing)，能(neng)夠(gou)在(zai)空氣和水環(huan)境中(zhong)同時(shi)輸運(yun)不同形(xing)狀(zhuang)的物塊(kuai)，且(qie)能(neng)夠(gou)較好控制(zhi)輸(shu)運(yun)速度(du)，對於(yu)更(geng)加(jia)智能(neng)甚至編(bian)程(cheng)化(hua)的(de)定(ding)向輸運(yun)技術(shu)具(ju)有(you)重要意(yi)義。