近日，武漢大學動力與機械學院薛龍建教授團隊在Science Advances在線發表了基于仿生策略構建的液體運輸表面。論文題目為“Topological elastic liquid diode”（TELD，彈性液體二極管）。薛龍建教授、趙焱教授和香港理工大學王鉆開教授為論文的共同通訊作者，工業科學研究院博士生張鈺榮為論文的第一作者。

按需液體傳輸技術在微流控系統、噴墨打印及生物醫學工程等領域具有廣泛應用需求，其中液體定向運輸是實現這些技術應用的關鍵環節。自然界中存在諸多具有自發定向液體運輸能力的生物（如沙漠甲蟲、仙人掌及多肉植物等），液體在其表面向曲率較小、表面能較高或釘扎效應較弱區域定向遷移。這一現象主要由拉普拉斯壓力梯度、毛細作用力及液體擴散動力學驅動。受這些生物啟發，研究人員通過仿生策略構建了具有化學梯度和/或形貌梯度的功能表面，實現了液體的被動定向運輸。然而，這些被動式調控方法卻難以實現流動方向的原位動態調控。相對而言，主動策略通過外部刺激（如熱、光、超聲波、磁場或電場）打破液滴潤濕的對稱性，使得液滴沿特定方向移動，并可以對液滴的運動方向實時操控。這些主動技術僅適用于小體積液滴，需要在液滴或基底中添加特定物質，具有一定的局限。此外，這些策略通常僅適用于疏液性（甚至超疏液性）表面，限制了其應用。因此，如何在親液表面上實現液體流動方向可控調節仍是一個亟待解決的科學難題。

針對這一挑戰，薛龍建教授團隊創新性地提出了一種可在親液表面實現液體流動方向原位可逆調控的新策略。該團隊受南洋杉葉片三維棘輪結構啟發，結合3D打印與軟印刷技術，成功制備了具有三維棘輪陣列結構的彈性液體二極管（TELD）。TELD巧妙地將南洋杉葉片液體定向傳輸特性與硅橡膠彈性特性相結合，展現出以下顯著優勢：（1）實現了親液表面液體流動在正交方向上的可控調節；（2）建立了兩種模式可即時調控液體流動方向；（3）無需在TELD或液體中添加任何響應性物質即可實現上述功能。在模式1中，液體在TELD表面沿棘輪傾斜方向呈現單向流動特性；當TELD拉伸至臨界伸長率（ε = 27%）以上時，流動方向發生90°轉向，且通過拉伸-釋放循環可對液體流動方向進行可逆調控。在模式2中，通過調控液體注射速率，在螺旋形TELD上實現了流動路徑的“瞬時變軌”。此外，TELD在邏輯門控、液體應力閥、微流控反應器及霧水收集器等領域展現出廣泛的應用潛力。該工作得到了國家自然科學基金委和國家重點研發計劃的支持。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt9526

（來源：武漢大學 版 權屬原作者 謹致謝意）