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  近日，華南師范大學水玲玲教授課題組在利用液滴微流控技術構建跨尺寸多層微納米結構材料領域取得突破，成果以《Microfluidics Assisted Fabrication of Three-Tier Hierarchical Microparticles for Constructing Bioinspired Surfaces》為題，發表在SCI影響因子13.709國際學術期刊《ACS Nano》上（2019, 13(3): 3638-3648, DOI: 10.1021/acsnano.9b00245）。

  微流控技術結合了微納結構對材料的限域作用，通過流體動力學和多相流體間的界面作用，可以將不同性能的材料有效結合在一起，構建多維度和多層次結構的材料單元。

  論文所做工作包括：

• （1）通過液滴微流控技術平臺，將納米顆粒（百納米級）分散在內相水中，通過外相（與內相不相溶的流體）在具有流動聚焦型結構的入口剪切形成均勻的微液滴（十微米級）。

• （2）通過顆粒擴散和自組裝后，將水滴中的流體材料固化形成微球材料。

• （3）通過光聚合過程中納米顆粒表面和聚合物材料發生化學反應，在納米顆粒表面形成可控的納米褶皺（十納米級）結構（圖1左）。

  該方法構建形成幾十微米大小的微球材料，微球中含有通過自組裝緊密排列的幾百納米顆粒，顆粒的表面被幾十納米的褶皺覆蓋。三個維度的尺寸均可調控，微球尺寸通過液滴形成過程中通道尺寸和流體流速控制，納米顆粒通過合成過程控制，褶皺通過聚合過程和材料控制。

圖1：液滴微流控技術構建三種尺度的多層結構微納米材料過程示意圖和實驗結果圖

  這種多層結構與自然界中的親疏水表面結構單元非常相似，因此，可以作為微單元通過自組裝排列的方式認為構建特殊表面潤濕性的材料，例如仿玫瑰花表面（rose pedal）和仿壁虎腳趾（gecko）的潤濕性作用原理（圖1右）。

  本工作首次采用液滴微流控技術平臺，制備可以用于構建特殊潤濕表面材料的結構單元；該方法可以連續制備大小可控、粒徑均勻的微球材料，材料的性能可以通過物理結構和化學材料相結合來實現調控，是一種技術可靠、性能穩定、連續生產的材料加工方法。

圖2：采用制備的多層微球材料構建的特殊潤濕性表面結構及潤濕性展示結果

  水玲玲教授指導的博士研究生王娟為論文唯一第一作者，水玲玲教授為獨立通訊作者，華南師范大學為第一單位，荷蘭特文特大學（Twente University）為第二單位。王娟是華南師范大學“光流控技術與系統國際聯合實驗室（LOTS）”在讀博士研究生，由華南師范大學與荷蘭特文特大學聯合培養，合作導師為特文特大學Jan C. T. Eijkel教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b00245