自然界中，生物利用其独特的表面结构来定向和自发地运输液滴。在实际应用中，液滴操纵对生物检测和化学微反应至关重要。但是，模仿生物静态结构的人造被动式液滴操纵表面通常效率低且不可逆。而与之相对的磁响应智能形貌（MIT）表面有生物相容性好、瞬时响应等优势，在主动式液滴操纵领域备受期待。虽然各种MIT表面已广泛用于可控的液滴运输，但是它们只能实现单向运输（水平或垂直）。同时，现有的MIT表面仍存在以下不足：（1）MIT表面要实现三维（3D）液滴/多液滴运输仍然具有挑战性；（2）由于对重力或表面张力不平衡的依赖，具有磁响应弯曲结构的MIT表面的液滴水平推进速度有限；（3）由于结构几何形状（微柱/微纤毛阵列）和驱动策略（常规磁场引起弯曲）的限制，MIT表面很难操纵多样化的离散液滴和连续流体。因此，亟需寻求一种3D、快速且多功能的液体操纵MIT表面。
近日，图书馆VIP工程科学学院微纳米工程实验室吴东教授、胡衍雷副教授（共同通讯作者）等人报道了一种基于由空间变化、周期性磁场驱动的磁响应微板阵列（MMA）的3D液滴/多液滴运输策略。其中，改性的超疏水表面（SMMA）可以在水平和垂直方向上快速运输液滴，甚至可以实现反重力上坡推进。由于特定磁场引起的改性表面的顺序性突然反转，液滴可以在水平方向上被快速地推进（〜58.6 mm/s）。此外，作者还制备了一种非磁性响应微板/磁响应微板阵列（NMMs/MMA）复合表面以用于实现3D多液滴操作。进一步实验证实，MMA除了可以实现离散液滴的操纵，还可以用于连续流体和液态金属的操纵，为微流体的应用提供了一个有价值的平台。
图一、SMMA的制造过程及其独特的3D液滴操纵
（a）MMA和SMMA的制造过程示意图；
（b）MMA的SEM图像；
（c）SMMA的SEM图像；
（d-e）SMMA的放大SEM图像；
（f-g）液滴的水平推进和垂直捕获/释放的示意图和光学图像。
图二、SMMA的磁响应特性以及液滴的水平运输机制
（a）磁场仿真和微板弯曲示意图；
（b）磁铁阵列不同位置的磁通密度和微板弯曲角度；
（c）在周期性磁场激励下，液滴在SMMA表面上的水平运输示意图；
（d）在SMMA表面上的液滴运输过程的光学图像；
（e-g）液滴运输速度与磁铁阵列速度、液滴体积和微板间隔的关系；
（h）液滴运输距离与时间的关系。
图三、液滴在SMMA表面上的水平操纵和反重力推进
（a-b）在周期性磁场激励下，液滴在SMMA上往复运输的示意图和光学图；
（c-d）液滴在超疏水修饰的NMMs/MMA复合表面上定向推进以及混合的示意图和详细工作过程图像；
（e）基于快速液滴水平推进和微观定点合并的简单化学反应；
（f）液滴爬上倾斜角约5.4°的SMMA表面。
图四、垂直液滴操纵机制和基于垂直液滴操纵的多样化应用
（a）垂直液滴操纵的光学图像；
（b）垂直液滴操纵的机理；
（c）液滴体积和释放角（α）之间的定量关系；
（d）不同微板间隔的未经处理的MMA和SMMA的垂直液滴操纵能力；
（e）垂直捕获、水平运输和按需释放液滴；
（f）利用超疏水修饰的NMMs/MMA复合表面现并行垂直捕获和选择性释放多液滴。
图五、基于MMA表面的连续流体和液态金属的操纵
（a）在微流控芯片中远程操控流体混合的示意图和照片；
（b-c）在周期性磁场激励下，液态金属液滴通过MMA的顺序突然反转被定向推进；
（d）液态金属（LM）液滴和极性变化区域（PCR）的运动曲线。
研究成果以题为“Three-dimensional multifunctional magnetically-responsive liquid manipulator fabricated by femtosecond laser writing and soft transfer”发布在国际著名期刊Nano Letters上。
该论文第一作者为图书馆VIP工程科学学院微纳米工程实验室博士生蒋绍军，通讯作者为胡衍雷副教授,吴东教授。
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