基于电流变液智能材料的高通量智能液滴微流控

Giant electrorheological fluid(GERF) is a kind of smart functional material, whose viscosity could be adjusted according to the applied electric field. It has been used in microfludic as smart droplets and microfluidic logic. Microfluidic technology,according to its fast, low cost, low pollution and small size, is widely used in research area of material, chemistry, biology and medical science, such as high-throughput material screening, step chemical reaction, biochemical detection, in-situ monitoring and other applications. The active control, especially smart control on microfluidic chip is an important phase in microfluidic technology. In this project, we will take advantage of the superior property of GERF to develop and optimize smart control in microfluidic chip. The research will focus on parts: on-demanded microdroplet generation, adjustable microdroplet mergy and custom-made microdroplet strorage. The research of the project can promote the intelligence and integration of the microfluidic chip, and provide the basic technology and guarantee for the application of microfluidic technology in the field of material, biochemistry and medicine.

巨电流变液智能材料因其表观粘度在电场下的快速、巨大变化而成为备受瞩目的智能功能材料,已被用于微流控智能液滴及微流逻辑门。微流控技术因其高速、低耗、无污染、体积小等特点，被广泛用于高通量材料筛选、化学分步反应、生化检测、原位监测等材料、化学、生物、医学等领域。对微流控芯片的主动智能化控制也成为微流控技术应用的重要一环。本项目在微流控芯片中借助巨电流变液智能材料的优越性质，在原有智能微液滴和通用微流逻辑门的基础上，进一步开发和优化基于巨电流变液智能材料的微流控芯片主动智能控制，研发液滴按需生成、可调节液滴融合、液滴按需存储三种新功能及相关技术。该项目研究能够促进微流控芯片的智能化、集成化，为微流控技术在材料、生化、医学领域的生产应用提供基础技术和保障。

液滴微流控技术将液体限制在微米级液滴中进行操控。每个微液滴都可以视为一个微型反应器，混合迅速、环境可控，常用于高通量筛选、生化检测等领域。而巨电流变液是一种表观粘度可随电场快速变化的智能纳米材料。我们利用巨电流变液在电场下粘度的变化，在微通道中产生压力变化，实现了对液滴微流控中液滴融合的主动控制。可以根据需要，使原本不融合的液滴，实现两个甚至多个融合；也可以是原本多个融合的液滴融合个数减少或者完全不融合。这一功能的实现，为液滴微流控在高通量筛选等领域提供了一种高效可控的液滴融合方案。我们根据微流控芯片的特征，对巨电流变液进行了改进，通过添加表面活性剂和改变连续相，使巨电流变液在微流芯片中的流动更加稳定。我们也对用于控制巨电流变液的柔性电极材料进行了改进，发现采用尺寸、形貌差异较大的炭黑和银片形成的双填充体系可以产生较好的协同优势效应，提高柔性复合导电材料的性能。