針對(duì)這些問題，田東亮副教授課題組提出了一種通過調(diào)整各向異性微結(jié)構(gòu)的排列方式控制液體傳輸方向的策略，并通過溫度響應(yīng)材料修飾實(shí)現(xiàn)了表面液體浸潤(rùn)方向動(dòng)態(tài)調(diào)控，同時(shí)揭示了其作用機(jī)理。

該課題組制備了一種涂覆著疏水性PMMA膜的各向異性V陣列（PMMA-VPM），與親水性PVA膜相比，疏水性PMMA膜可以增強(qiáng)V陣列的各向異性潤(rùn)濕和穩(wěn)定性。通過改變V陣列的排列參數(shù)：平行和交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，可以在+X或-X方向上對(duì)液滴進(jìn)行定向可控的浸潤(rùn)（圖1）。

圖1. 各向異性的V陣列(VPM)表面對(duì)液滴的定向浸潤(rùn)。(a) 涂覆PMMA膜和PVA膜的VPM表面制備示意圖。(b-i) 不同結(jié)構(gòu)VPM表面的浸潤(rùn)行為：(b-e)平行結(jié)構(gòu)和(f-i)交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的示意圖、SEM圖像、涂覆PMMA膜和涂覆PVA膜的接觸角(CA)照片。

在PMMA-VPM表面進(jìn)一步加入溫度響應(yīng)分子PNIPAAm，構(gòu)建了溫度響應(yīng)VPM（PMMA/PNIPAAm/TiO₂-VPM）表面。通過改變溫度成功控制了浸潤(rùn)方向：液滴在15℃時(shí)（TLCST）呈現(xiàn)親水雙向浸潤(rùn)，在55℃時(shí)（T>T_LCST）呈現(xiàn)疏水單向浸潤(rùn)（圖2）?；跍囟软憫?yīng)VPM表面的各向異性浸潤(rùn)，進(jìn)一步研究了其液體的動(dòng)態(tài)浸潤(rùn)行為（圖3）。可以發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)溫度可以切換液體的各向異性和各向同性浸潤(rùn)，從而調(diào)節(jié)液體的運(yùn)動(dòng)方向?；谝陨咸匦裕跍囟软憫?yīng)VPM表面設(shè)計(jì)了微流體通道，實(shí)現(xiàn)了不同溫度下對(duì)液體的單向和雙向輸運(yùn)（圖4）。

圖2. 溫度響應(yīng)VPM（PMMA/PNIPAAm/TiO₂-VPM）表面對(duì)液滴的可控浸潤(rùn)。不同溫度下，溫度響應(yīng)VPM表面的(a， b)SEM圖、(c，d)示意圖及CA照片。表明液滴在15℃時(shí)是親水的雙向浸潤(rùn)，在55℃時(shí)是疏水的單向浸潤(rùn)。

圖3. 不同溫度下，溫度響應(yīng)VPM表面的動(dòng)態(tài)浸潤(rùn)行為。(a，b)平行結(jié)構(gòu)。(c，d)交錯(cuò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)55℃時(shí)， 液體在(a)平行和(c)交錯(cuò)結(jié)構(gòu)VPM表面呈現(xiàn)方向相反的各向異性潤(rùn)濕。當(dāng)15℃時(shí)，液體在(b)平行和(d)交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的VPM表面都呈現(xiàn)各向同性潤(rùn)濕。

圖4. 溫度響應(yīng)VPM表面在微流體通道中的定向液體輸運(yùn)。(a，b) 平行結(jié)構(gòu)。液體在55℃時(shí)沿+X方向單向輸運(yùn)，在15℃時(shí)變?yōu)殡p向輸運(yùn)。(c，d) 交錯(cuò)結(jié)構(gòu)。液體在55℃時(shí)沿-X方向單向輸運(yùn)，在15℃時(shí)變?yōu)殡p向輸運(yùn)。結(jié)果表明，當(dāng)VPM表面以不同方式排列，TLCST時(shí)液體呈現(xiàn)雙向輸運(yùn)（+X和-X方向），T>T_LCST時(shí)液體呈現(xiàn)單向輸運(yùn)（+X或-X方向）。