「液滴機器人」—中科院化學研究所宋延林團隊的最新研究

2020-08-28 科學新聞前沿

精確控制液滴行為是冷卻降溫、防結冰、微流控等應用領域的關鍵。當前研究主要集中於單一液滴移動行為，此時僅需使液滴的驅動力大於其移動時受到的固定阻力。調節液滴所受驅動力及阻力的相對大小，實現複雜的液滴行為，仍然面臨嚴峻挑戰。

液滴的多種行為控制

在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，中國科學院綠色印刷重點實驗室宋延林研究員課題組近年來致力於納米綠色印刷技術的研究和應用，在噴墨列印墨滴控制和功能界面操控液滴行為領域取得了一系列重要進展。最近，他們設計出一種能夠程序化控制的「液滴機器人」，首次實現了液滴的切割、移動、釋放和旋轉等複雜行為。該機器人由磁磁場控制系統和兩個不鏽鋼組成。通過程序化控制磁場分布，可以改變鋼球的位置和球心距，從而動態調節液滴運動時前後端受到的阻力大小，實現液滴的多行為控制。對鋼球進行表面處理，調節其表面能，可用於多種類流體系統的操控。比如，在水下控制油滴，在油下控制水滴和水下控制氣泡等。這種液滴控制技術在化學分析和生物醫學等領域具有廣泛的潛在應用。相關研究成果發表在Science Advances雜誌(Sci. Adv., 2020, 6, eaay5808)，通訊作者是宋延林研究員和李會增博士，第一作者是博士生李安。

來源：中科院化學研究所綠色印刷院重點實驗室

相關焦點

  • 中國科學家實現液滴的程序化操控
    近日，中科院化學研究所宋延林研究院員團隊實現了液滴的可編程操縱。通過預先設定的程序，利用磁場控制的微型機器人可以實時地對液滴進行移動、切割、釋放和旋轉。該研究在微流控、組合化學和生物檢測等方面具有廣泛的應用前景。該研究於2020年2月15日發表在《Science Advances》上。
  • 教你如何用液滴製作一個「機器人」
    噴灑農藥時，人們通過各種方法防止噴灑到植物葉子上的農藥液滴從表面滑落，來充分發揮農藥的效用。然而，當前對液滴的簡單移動控制已無法滿足特定應用中的複雜需求。比如，控制液滴進行反應的微流控技術，不僅需要移動液滴，還需要從液滴中取出微量試劑進行反應。如何實現對液滴複雜運動行為的精確控制，是液滴研究領域的熱點之一。怎樣「玩轉液滴」？
  • 研究人員利用液滴自切割實現複雜樣品分析
    如何快速、簡便的製備樣品微液滴陣列，並在此基礎上實現對樣品中多種組分的分析和鑑定，是當前研究熱點之一。中國科學院化學研究所綠色印刷重點實驗室宋延林課題組近年來致力於納米綠色印刷技術的研究和應用，在噴墨列印墨滴控制和功能界面操控液體行為領域取得一系列進展。
  • 化學所等利用液滴自切割實現複雜樣品分析
    如何快速、簡便的製備樣品微液滴陣列，並在此基礎上實現對樣品中多種組分的分析和鑑定，是當前研究熱點之一。　　中國科學院化學研究所綠色印刷重點實驗室宋延林課題組近年來致力於納米綠色印刷技術的研究和應用，在噴墨列印墨滴控制和功能界面操控液體行為領域取得一系列進展。
  • 用於液滴轉移的仿生吸盤研究取得進展
    近日，中國科學院理化技術研究所仿生智能界面科學實驗室研究員王樹濤團隊提出了結合固液氣三相接觸線調控和電化學聚合，用於製備可控微米吸盤結構的圖案化導電聚合物的普適方法
  • 中國科學家發明磁性機器人:由兩顆小鋼珠構成 可操縱液滴進行多種...
    發表在《科學進展》的一項新研究中，An Li和中國科學院化學研究所一個研究小組提議開發一種磁控機器人。該結構具有可調節的結構來分配阻力和確定液滴行為。該機器人能夠運輸、分裂、釋放和旋轉液滴，適用於各種領域和惡劣環境。新的發現為自動控制液滴提供了一種有效的策略。在這項研究中，An Li等人想出了一種可靠的方法，在可編程的磁場中，使用帶鋼珠的磁性驅動機器人操縱液滴。
  • 化學所宋延林課題組在構建高性能二維鈣鈦礦光伏器件取得進展
    最近，在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，中科院化學研究所綠色印刷重點實驗室宋延林課題組與光化學重點實驗室趙永生課題組合作研究人員首先通過噴墨列印的方法在疏水基材上製備了鈣鈦礦晶種，然後將生長有晶種的模板引入到鈣鈦礦氣相生長體系。研究發現，晶種模板的引入可以有效地抑制鈣鈦礦晶體在氣相外延過程中的隨機成核和晶格不匹配問題，從而實現具有規則晶體形貌的鈣鈦礦單晶的可控氣相圖案化。通過調控氣相生長時間，可以實現對鈣鈦礦單晶尺寸的有效調控。
  • 中科院微電子所等在SERS液滴生化傳感器研究中取得進展
    近日，中國科學院微電子研究所集成電路先導工藝研發中心研究員陳大鵬課題組與中北大學教授熊繼軍課題組合作，在表面增強拉曼（SERS）生化檢測研究中取得階段性進展。陳大鵬課題組提出一種開放式SERS液滴傳感器，解決了傳統基底型SERS器件所需的複雜製備工藝問題，利用燭灰納米鏈結構的多孔易斷性，以滾動方式在基底形成具有豐富三維「熱點」的SERS活性液滴，從而增強液滴的拉曼檢測性能。液滴提供的液相環境能夠保持生物分子的活性，提高生物大分子（如蛋白質、DNA）等與「熱點」有效結合。
  • 中科院化學研究所曹安民課題組誠聘博士後,材料化學方向
    ▎學術經緯/報導 因科研工作需要，中國科學院化學研究所分子納米結構與納米技術院重點實驗室曹安民課題組擬招聘博士後1-2名，主要從事新型二次電池（包括Li+、Na+、K+電池等）電極材料體系的開發，同時擬招聘項目聘用3-5名，
  • 中科院研究突破:讓液態金屬機器能"跑"能"跳"
    這種變形機器人一直以來都是科學家的目標之一，如今，中國科學家在液態金屬領域的一項研究獲突破性進展，在這個漫長的研究之路上又前進了一小步。《終結者2》中的液態金屬機器人T-1000新研究讓液態金屬機器能「跑」能「跳」據中科院微信公眾號發布，近期，中國科學院理化技術研究所聯合清華大學研究組
  • 中科院青島能源所發明拉曼激活單細胞液滴分選技術—新聞—科學網
    單細胞拉曼光譜（SCRS）能夠在無標記、無損的前提下揭示細胞固有的化學組成，因此拉曼激活細胞分選技術（RACS）日益受到廣泛關注。但是分選通量是當前限制其廣泛應用的最重要的瓶頸之一。 據此，中科院青島能源所單細胞中心研究員馬波與研究員徐健帶領的多學科交叉團隊通過耦合SCRS和液滴微流控技術，發明了拉曼激活單細胞液滴分選技術，這是目前已公開報導的工作中分選通量最高的RACS系統，該工作於11月3號在線發表於Analytical Chemistry。
  • 液滴的取向彈跳行為怎麼解？宋美榮教授團隊「蹺蹺板效應」來點破
    water droplet—seesaw effect」 （蹺蹺板效應被用於解釋液滴的取向彈跳）的研究論文，利用「蹺蹺板效應」揭示了水滴撞擊異構界面後取向彈跳的基本物理原理。液滴的取向彈跳是取向運動的一種形式，在物質和能量的傳輸以及柔性機器人的行為控制上具有重要的應用。理解這種自然現象背後的機理將有助於我們更好地創造和發明新的液體傳輸形式。蹺蹺板是我們兒時常玩的一個遊戲，當蹺蹺板兩邊各坐上一個小朋友時，身體較重的小朋友這邊就會慢慢下降，身體較輕的小朋友那邊就會慢慢升高。
  • 澳門大學與中科院共建人工智慧與機器人實驗室
    該實驗室將促進雙方在相關領域的研究發展，整合各自學科實力，開展人工智慧與機器人科學的合作創新研究。中國科學院深圳先進技術研究院和澳門大學共同成立人工智慧與機器人聯合實驗室，將進一步推動粵港澳大灣區科技創新的協同發展。澳門大學校長宋永華在致辭時表示，澳門大學重視腦科學與認知科學領域的發展，不斷開展相關的交叉研究工作。
  • 使用微流體液滴系統調整3D列印的柔性材料
    加利福尼亞大學戴維斯分校（UCDavis）的工程師團隊在《美國國家科學院院刊》上發表了一篇研究論文，該論文使用了基於液滴的新型微流體系統3D列印柔性材料。研究團隊提出了一種使用液滴夾雜物在印刷點調製擠出油墨的方法，這種方法代表了適應微流體技術和開發下一代增材製造技術原理的持續趨勢。3D列印既經濟又高效，不過很難用多種材料來製造具有最佳柔軟度的組件。
  • 中科院化學所產業化基地:輕鬆列印綠色世界—新聞—科學網
    中科院化學所供圖 不用感光衝洗，也不產生廢水廢液，報紙、書籍的版樣就可以列印出來；電腦、手機的線路板，不用刻蝕，同樣也可以輕鬆列印出來……這些看似神奇的技術，在科研人員的努力下已經成為現實。 在位於北京懷柔的中科院化學所產業化基地，我們現場感受了納米綠色印刷技術的神奇魅力。
  • 非互惠油滴交換驅動的液滴間捕食者-獵物相互作用
    非互惠油滴交換驅動的液滴間捕食者-獵物相互作用 作者：小柯機器人 發布時間：2020/11/18 13:11:00 美國賓州州立大學Lauren D.
  • 堅守初心,雕刻歷史|中科院地球環境研究所全球變化研究團隊
    作為安芷生培養的博士，孫有斌在獲得博士學位後，先後在中國科學院海洋研究所、南京大學地球科學系、美國Woods Hole海洋研究所和日本東京大學等機構，圍繞「東亞季風變化的海陸對比」開展了深入研究。2006年他入選中科院「百人計劃」回歸研究所。