磁場驅動微板陣列表(biao)面實現定(ding)向(xiang)輸(shu)運——摩方精密

設計(ji)並驅動微納米結(jie)構表面實現物(wu)體的(de)定(ding)向(xiang)輸(shu)運在微電(dian)子(zi)、生物(wu)醫(yi)藥及防(fang)汙(wu)自(zi)清(qing)潔(jie)等(deng)領域(yu)具(ju)有(you)廣泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景。在(zai)這些應(ying)用(yong)領域(yu)中(zhong)，提高定(ding)向(xiang)輸(shu)運的速度(du)能(neng)進(jin)壹(yi)步提高輸(shu)運效率。此外，通過(guo)對(dui)微結(jie)構和驅動方(fang)式(shi)的創(chuang)新性設計(ji)，實現對(dui)多種(zhong)不同(tong)形(xing)狀的(de)物(wu)體在(zai)不同(tong)環境(jing)中的定(ding)向(xiang)輸(shu)運也具有(you)重(zhong)要意(yi)義。

近(jin)日，北(bei)京理工大學(xue)*結(jie)構技術(shu)研(yan)究(jiu)院陳(chen)少(shao)華(hua)教授(shou)課(ke)題(ti)組提出了壹(yi)種通過(guo)磁(ci)場控(kong)制微結(jie)構表面快速(su)輸(shu)運固(gu)體物(wu)塊的(de)方法(fa)。該(gai)方(fang)法能夠(gou)對(dui)厘米級的(de)固(gu)體物(wu)塊進(jin)行快(kuai)速定(ding)向(xiang)輸(shu)運，其輸(shu)運速率相(xiang)對(dui)於已有(you)文獻(xian)中的輸(shu)運速率有(you)大幅(fu)度(du)的(de)提升(sheng)。微結(jie)構表面主要(yao)由磁響應(ying)微板陣列結(jie)構和純(chun)PDMS基底(di)組(zu)成，單個微板高度(du)為950微米，厚(hou)度(du)為150微米。該(gai)研(yan)究結(jie)合(he)微尺(chi)度(du)3D打(da)印(yin)技術(shu)制備(bei)實驗(yan)樣件，所使用(yong)的(de)3D打(da)印(yin)設備(bei)（nanoArch S140，摩方(fang)精(jing)密）的光學(xue)精(jing)度(du)為10μm，能實現94×52×45mm大小的(de)三(san)維加工尺(chi)寸(cun)。基於該(gai)設備(bei)加工了(le)板狀微結(jie)構陣列，並(bing)通過(guo)倒模制備(bei)出含(han)有(you)磁顆粒的PDMS微結(jie)構試樣，然(ran)後通過(guo)磁(ci)場控(kong)制微結(jie)構的變(bian)形(xing)儲(chu)能以(yi)及能(neng)量的快(kuai)速釋(shi)放(fang)，實現定(ding)向(xiang)輸(shu)運的功(gong)能(neng)。該(gai)成(cheng)果以(yi)“Directional Transportation on Microplate-Arrayed Surfaces Driven via a Magnetic Field"為題發表於(yu)國(guo)際(ji)期刊(kan)ACS Applied Materials & Interfaces上。該(gai)工作由北京理工大學(xue)*結(jie)構技術(shu)研(yan)究(jiu)院李程浩(hao)博士作為第(di)壹(yi)作者(zhe)完成。

圖1.微結(jie)構制備(bei)及實驗(yan)裝置(zhi)示(shi)意(yi)圖

圖(tu)2.固(gu)體物(wu)塊定(ding)向(xiang)輸(shu)運及驅動過(guo)程(cheng)分析(xi)

圖(tu)3.通過(guo)磁(ci)場控(kong)制微結(jie)構表面實現不同(tong)形(xing)狀物(wu)體的(de)定(ding)向(xiang)輸(shu)運，及不(bu)同重(zhong)量物(wu)體的(de)篩選(xuan)分離（空氣環境(jing)和水下(xia)）

    該(gai)研(yan)究提出了壹(yi)種通過(guo)磁(ci)場控(kong)制微結(jie)構表面快速(su)輸(shu)運固(gu)體物(wu)塊的(de)方法(fa)，並揭示了輸(shu)運機理：通過(guo)磁(ci)場控(kong)制微結(jie)構變(bian)形(xing)儲(chu)存彈(dan)性能(neng)，然(ran)後通過(guo)控(kong)制微結(jie)構逐(zhu)個回(hui)彈(dan)，使得儲存在微結(jie)構中的彈(dan)性能(neng)依次快(kuai)速(su)釋(shi)放(fang)，並驅動物(wu)體連續向(xiang)前運動，以(yi)此實現固(gu)體物(wu)塊的(de)快速(su)定(ding)向(xiang)輸(shu)運。此方法(fa)具有(you)廣泛(fan)的(de)適用(yong)性，能(neng)夠(gou)在(zai)空氣和(he)水環境(jing)中同時輸(shu)運不同形(xing)狀的(de)物(wu)塊，且能夠(gou)較好控(kong)制輸(shu)運速度(du)，對(dui)於更(geng)加智能甚(shen)至編程(cheng)化的(de)定(ding)向(xiang)輸(shu)運技術(shu)具(ju)有(you)重(zhong)要意(yi)義。