基于聚合物纳米微结构表面构筑智能微流控器件

Controlling the flow of microfluidics is the key points in the operation of microfluidic devices, which is very important in the application of microfluidic devices in chemistry, biology and medical science. In this project, we will develop a new-concept microfluidic devices. First, based on our work on the construction of nanostructure arrays, nanostructured surface with anisotropic wetting properties will be fabricated. Then the surface will be employed in the construction of microfluidic devices. The difference of water wetting and flow on the surface will affect the flow manner of the microfluidics, and based on this point, microfluidic devices for microvolve, directed flow of droplets, gas-liquid separation and oil-water separation will be explored. In addition, combined with the surface modification of stimuli-responsive polymer and bio-active molecules, intelligent and bio-functional microfluidic devices will be fabicated and applied in the separation,enrichment and selection of DNA, protein, and cells, etc.

微流体驱动与控制技术，是微流控器件操作过程的核心，对实现微流控芯片在化学、生物、医学等领域的功能和应用具有重要意义。本项目设计发展一种具有微流体控制功能的新型微流控器件，首先基于项目组在纳米微结构构筑方面的研究基础，设计制备具有各向异性浸润性质的纳米微结构表面，然后将其作为基底材料应用于微流控器件制备，利用纳米微结构表面在不同方向上对液体浸润及流动过程限制作用的差别，控制微流体的流动行为。通过深入揭示具有特殊浸润性的纳米微结构表面与微流体的相互作用规律，结合微流控孔道设计和微流体体系的选择，探索其在微阀门、液滴定向输运、气液分离、油水分离等领域的应用。进一步结合表面刺激-响应聚合物修饰以及生物活性分子选择性修饰，发展具有智能响应特性和生物诱导特性的功能微流控器件，开发可用于DNA、蛋白质等生物大分子以及细胞、微生物等的分离、富集和筛选等用途的新型微流控器件。

微流体驱动与控制技术，是微流控器件操作过程的核心，对实现微流控芯片在化学、生物、医学等领域的功能和应用具有重要意义。本项目设计将微纳构筑技术和微流控器件技术相结合，设计制备具有特定形貌特征和化学修饰的纳米微结构表面，并将其应用到微流控芯片研究领域，利用表面浸润、粘附、吸附等特性发展新型微流控器件，并探索其应用。. 在基金资助下，我们按照项目计划安排，完成了以上研究内容。主要研究成果包括：（1）发展了系列具有各向异性浸润特性的表面微结构构筑方法，包括具有不对称修饰的硅微结构阵列、微米尺度的亲疏水条带阵列以及梯度渐变微结构阵列等，并深入揭示了具有特殊浸润性的纳米微结构表面与微流体的相互作用规律；（2）探索了各向异性浸润表面微结构在微流控器件中的应用，结合微流控孔道设计和微流体体系的选择，探索其在微阀门、液滴定向输运、气液分离等性质和应用；（3）实现了微流控器件的功能集成和智能化，发展了智能响应流体控制、基于表面图案的微流体分流器、以及基于纳米结构之间纳米缝隙的微-纳流控芯片等。. 相关研究工作共计发表 SCI 检索论文 22 篇，申请中国发明专利 4 项。