磁响应“双面神折纸”机器人,实现跨尺度、多样化液滴操纵

MEMS 2023-09-20 00:00

对跨尺度液滴的多样化操纵,在精细化学和生物医疗检测等领域都有重要的应用前景。从实用角度出发,有效的液滴操纵技术需要多功能集成及多尺度适用性。近年来,磁激励凭借其远程可控、生物安全性好、对环境透射率和基底电荷不敏感等优势已被广泛应用于液滴操纵领域。然而,如何进一步扩展磁响应液滴操纵的功能,并将多样化的液滴操纵功能从微升尺度扩展到纳升尺度仍极具挑战。

鉴于此,中国科学技术大学微纳米工程实验室胡衍雷教授、吴东教授团队利用飞秒激光微纳制造方法,制备了一种可用于跨尺度液滴操纵的磁响应双面神折纸机器人,实现了多样化液滴操纵功能的有效集成,包括液滴的三维运输、合并、分裂、子液滴分发与按需释放、搅拌以及远程加热。同时,这种操纵策略的高稳定性赋予了其跨尺度液滴操纵能力,可以实现对~ 3.2 nL到~ 51.14 μL体积范围内液滴的多样化操纵。相关成果以“Magnetic Janus origami robot for cross-scale droplet omni-manipulation”为题发表在Nature Communications期刊上。

磁响应双面神折纸机器人为矩形薄片状结构,机器人的上下表面分别具有不同的润湿特性,其上表面为超疏水低液滴黏附状态,而下表面则为疏水高液滴黏附状态。同时,机器人的上表面还设计了两条折痕,以使机器人与液滴相接触时,可以在毛细力的作用下沿着折痕自发包裹液滴。机器人整体轮廓、折痕和表面微纳功能结构的加工和改性均由飞秒激光扫描而成。磁响应双面神折纸机器人可以实现多样化的液滴操纵功能。机器人通过翻滚主动靠近并包裹水滴,可以实现对水滴的可控运输(图1b,视频1)除此之外,机器人还可以通过定向翻滚与折叠从大液滴中分发出子液滴(图1c),并通过折叠挤压以及可控翻转释放出子液滴(图1d)机器人也可以在磁场作用下旋转,实现液体的可控混合,并结合其光热特性实现远程加热

图1 磁响应双面神折纸机器人及其多功能液滴操纵应用

视频1 磁响应双面神折纸机器人包裹并运输液滴


如前所述,磁响应双面神折纸机器人可以实现类似于商业化磁力搅拌机的搅拌及加热功能。如图2a ~ 2c所示,机器人悬浮在液滴顶部,并在磁场的驱动下快速旋转,可以对液滴进行高效混合。荧光分布图清晰展示了搅拌过程中液滴的混合程度(视频2)。利用近红外激光照射机器人还可以产生光热效应,实现对液滴的远程加热。加热温度可以达到80℃以上。结合光热特性和磁控旋转,磁响应双面神折纸机器人能有效实现高粘度液体(甘油)的快速混合(图2d ~ 2f)。


图2 基于磁响应双面神折纸机器人的液滴搅拌、光热搅拌以及多功能液滴操纵集成


视频2 磁响应双面神折纸机器人用于实现液滴快速混合

在实现多样化液滴操纵的基础上,磁响应双面神折纸机器人可以将多种液滴操纵功能有效集成,以实现连续的液滴操纵目标。如图2g所示,机器人通过翻滚运动主动靠近绿色液滴并分发出一定体积的子液滴,随后将子液滴定向运输至红色液滴附近以实现两个液滴的合并,最终通过搅拌完成液滴的快速混合(视频3)。这种多功能液滴操纵集成可以应用于微化学反应领域,实现液体样品的精确采样、快速反应以及反应物的及时检测(图2h)。此外,凭借稳定的液体操纵性能,多样化液滴操纵集成还能够有效扩展到纳升尺度液滴上(图2i)。

视频3 多样化液滴操纵功能集成

最后,作为概念验证,研究人员通过对磁响应双面神折纸机器人进行表面修饰,并结合其多样化的液滴操纵功能,成功实现了核酸的提取和纯化(图3)。

总之,磁响应双面神折纸机器人可以实现多样化的跨尺度液滴操纵,对精细化工、医疗诊断和微流控技术等广泛需要精确获取和添加试剂、微液滴图案化和快速微液滴反应的领域具有重要意义。

图3 基于磁响应双面神折纸机器人的核酸提取与纯化应用

工程科学学院蒋绍军博士为论文第一作者。通讯作者为中国科学技术大学胡衍雷教授、吴东教授和香港理工大学王立秋教授。论文的合作者还包括中国科学技术大学褚家如教授、李家文副教授、中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所朱灵研究员、中国科学技术大学第一附属医院沈佐君教授等。该项研究工作得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金、中国科学院青年创新促进会、科技部国家重点研发计划等基金等项目的支持。

该工作是团队近期关于磁响应液滴操纵相关研究的最新进展之一。如何提升磁响应液滴操纵的灵活性一直是当前研究的重点,为此团队发展了多种磁响应液滴操纵策略(Advanced Materials, 2019, 31(15): 1807507;Nano Letters, 2020, 20(10): 7519-7529;ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(37), 42264–42273;Langmuir, 2023, 39(27), 9358-9366.),提升了磁响应液滴操纵的速度,扩展了操纵的空间维度,并成功将磁响应操纵策略从单相(液相)扩展到了三相(液相、固相和气相)物质的可控操纵(Advanced Functional Materials, 2022, 32(40): 2205831)。

论文链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-023-41092-1


延伸阅读:

《DNA测序技术及市场-2022版》

《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》


MEMS 中国首家MEMS咨询服务平台——麦姆斯咨询(MEMS Consulting)
评论 (0)
  • 一、gao效冷却与控温机制‌1、‌冷媒流动设计‌采用低压液氮(或液氦)通过毛细管路导入蒸发器,蒸汽喷射至样品腔实现快速冷却,冷却效率高(室温至80K约20分钟,至4.2K约30分钟)。通过控温仪动态调节蒸发器加热功率,结合温度传感器(如PT100铂电阻或Cernox磁场不敏感传感器),实现±0.01K的高精度温度稳定性。2、‌宽温区覆盖与扩展性‌标准温区为80K-325K,通过降压选件可将下限延伸至65K(液氮模式)或4K(液氦模式)。可选配475K高温模块,满足材料在ji端温度下的性能测试需求
    锦正茂科技 2025-04-30 13:08 385浏览
  • 随着电子元器件的快速发展,导致各种常见的贴片电阻元器件也越来越小,给我们分辨也就变得越来越难,下面就由smt贴片加工厂_安徽英特丽就来告诉大家如何分辨的SMT贴片元器件。先来看看贴片电感和贴片电容的区分:(1)看颜色(黑色)——一般黑色都是贴片电感。贴片电容只有勇于精密设备中的贴片钽电容才是黑色的,其他普通贴片电容基本都不是黑色的。(2)看型号标码——贴片电感以L开头,贴片电容以C开头。从外形是圆形初步判断应为电感,测量两端电阻为零点几欧,则为电感。(3)检测——贴片电感一般阻值小,更没有“充放
    贴片加工小安 2025-04-29 14:59 305浏览
  • 4月22日下午,备受瞩目的飞凌嵌入式「2025嵌入式及边缘AI技术论坛」在深圳深铁皇冠假日酒店盛大举行,此次活动邀请到了200余位嵌入式技术领域的技术专家、企业代表和工程师用户,共享嵌入式及边缘AI技术的盛宴!1、精彩纷呈的展区产品及方案展区是本场活动的第一场重头戏,从硬件产品到软件系统,从企业级应用到高校教学应用,都吸引了现场来宾的驻足观看和交流讨论。全产品矩阵展区展示了飞凌嵌入式丰富的产品线,从嵌入式板卡到工控机,从进口芯片平台到全国产平台,无不体现出飞凌嵌入式在嵌入式主控设备研发设计方面的
    飞凌嵌入式 2025-04-28 14:43 180浏览
  •  探针台的维护直接影响其测试精度与使用寿命,需结合日常清洁、环境控制、定期校准等多维度操作,具体方法如下:一、日常清洁与保养1.‌表面清洁‌l 使用无尘布或软布擦拭探针台表面,避免残留清洁剂或硬物划伤精密部件。l 探针头清洁需用非腐蚀性溶剂(如异丙醇)擦拭,检查是否弯曲或损坏。2.‌光部件维护‌l 镜头、观察窗等光学部件用镜头纸蘸取wu水jiu精从中心向外轻擦,操作时远离火源并保持通风。3.‌内部防尘‌l 使用后及时吹扫灰尘,防止污染物进入机械滑
    锦正茂科技 2025-04-28 11:45 123浏览
  • 在电子电路设计和调试中,晶振为电路提供稳定的时钟信号。我们可能会遇到晶振有电压,但不起振,从而导致整个电路无法正常工作的情况。今天凯擎小妹聊一下可能的原因和解决方案。1. 误区解析在硬件调试中,许多工程师在测量晶振时发现两端都有电压,例如1.6V,但没有明显的压差,第一反应可能是怀疑短路。晶振电路本质上是一个交流振荡电路。当晶振未起振时,两端会静止在一个中间电位,通常接近电源电压的一半。万用表测得的是稳定的直流电压,因此没有压差。这种情况一般是:晶振没起振,并不是短路。2. 如何判断真
    koan-xtal 2025-04-28 05:09 299浏览
  • 网约车,真的“饱和”了?近日,网约车市场的 “饱和” 话题再度引发热议。多地陆续发布网约车风险预警,提醒从业者谨慎入局,这背后究竟隐藏着怎样的市场现状呢?从数据来看,网约车市场的“过剩”现象已愈发明显。以东莞为例,截至2024年12月底,全市网约车数量超过5.77万辆,考取网约车驾驶员证的人数更是超过13.48万人。随着司机数量的不断攀升,订单量却未能同步增长,导致单车日均接单量和营收双双下降。2024年下半年,东莞网约出租车单车日均订单量约10.5单,而单车日均营收也不容乐
    用户1742991715177 2025-04-29 18:28 279浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍越来越多的企业开始蚕食动力电池市场,行业“去宁王化”态势逐渐明显。随着这种趋势的加强,打开新的市场对于宁德时代而言至关重要。“我们不希望被定义为电池的制造者,而是希望把自己称作新能源产业的开拓者。”4月21日,在宁德时代举行的“超级科技日”发布会上,宁德时代掌门人曾毓群如是说。随着宁德时代核心新品骁遥双核电池的发布,其搭载的“电电增程”技术也走进业界视野。除此之外,经过近3年试水,宁德时代在换电业务上重资加码。曾毓群认为换电是一个重资产、高投入、长周期的产业,涉及的利
    华尔街科技眼 2025-04-28 21:55 200浏览
  • 贞光科技代理品牌紫光国芯的车规级LPDDR4内存正成为智能驾驶舱的核心选择。在汽车电子国产化浪潮中,其产品以宽温域稳定工作能力、优异电磁兼容性和超长使用寿命赢得市场认可。紫光国芯不仅确保供应链安全可控,还提供专业本地技术支持。面向未来,紫光国芯正研发LPDDR5车规级产品,将以更高带宽、更低功耗支持汽车智能化发展。随着智能网联汽车的迅猛发展,智能驾驶舱作为人机交互的核心载体,对处理器和存储器的性能与可靠性提出了更高要求。在汽车电子国产化浪潮中,贞光科技代理品牌紫光国芯的车规级LPDDR4内存凭借
    贞光科技 2025-04-28 16:52 325浏览
  • 在智能硬件设备趋向微型化的背景下,语音芯片方案厂商针对小体积设备开发了多款超小型语音芯片方案,其中WTV系列和WT2003H系列凭借其QFN封装设计、高性能与高集成度,成为微型设备语音方案的理想选择。以下从封装特性、功能优势及典型应用场景三个方面进行详细介绍。一、超小体积封装:QFN技术的核心优势WTV系列与WT2003H系列均提供QFN封装(如QFN32,尺寸为4×4mm),这种封装形式具有以下特点:体积紧凑:QFN封装通过减少引脚间距和优化内部结构,显著缩小芯片体积,适用于智能门铃、穿戴设备
    广州唯创电子 2025-04-30 09:02 324浏览
  • 在CAN总线分析软件领域,当CANoe不再是唯一选择时,虹科PCAN-Explorer 6软件成为了一个有竞争力的解决方案。在现代工业控制和汽车领域,CAN总线分析软件的重要性不言而喻。随着技术的进步和市场需求的多样化,单一的解决方案已无法满足所有用户的需求。正是在这样的背景下,虹科PCAN-Explorer 6软件以其独特的模块化设计和灵活的功能扩展,为CAN总线分析领域带来了新的选择和可能性。本文将深入探讨虹科PCAN-Explorer 6软件如何以其创新的模块化插件策略,提供定制化的功能选
    虹科汽车智能互联 2025-04-28 16:00 230浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍2023年,厨电行业在相对平稳的市场环境中迎来温和复苏,看似为行业增长积蓄势能。带着对市场向好的预期,2024 年初,老板电器副董事长兼总经理任富佳为企业定下双位数增长目标。然而现实与预期相悖,过去一年,这家老牌厨电企业不仅未能达成业绩目标,曾提出的“三年再造一个老板电器”愿景,也因市场下行压力面临落空风险。作为“企二代”管理者,任富佳在掌舵企业穿越市场周期的过程中,正面临着前所未有的挑战。4月29日,老板电器(002508.SZ)发布了2024年年度报告及2025
    华尔街科技眼 2025-04-30 12:40 274浏览
  • 晶振在使用过程中可能会受到污染,导致性能下降。可是污染物是怎么进入晶振内部的?如何检测晶振内部污染物?我可不可以使用超声波清洗?今天KOAN凯擎小妹将逐一解答。1. 污染物来源a. 制造过程:生产环境不洁净或封装密封不严,可能导致灰尘和杂质进入晶振。b. 使用环境:高湿度、温度变化、化学物质和机械应力可能导致污染物渗入。c. 储存不当:不良的储存环境和不合适的包装材料可能引发化学物质迁移。建议储存湿度维持相对湿度在30%至75%的范围内,有助于避免湿度对晶振的不利影响。避免雨淋或阳光直射。d.
    koan-xtal 2025-04-28 06:11 169浏览
  • 一、智能家居的痛点与创新机遇随着城市化进程加速,现代家庭正面临两大核心挑战:情感陪伴缺失:超60%的双职工家庭存在“亲子陪伴真空期”,儿童独自居家场景增加;操作复杂度攀升:智能设备功能迭代导致用户学习成本陡增,超40%用户因操作困难放弃高阶功能。而WTR096-16S录音语音芯片方案,通过“语音交互+智能录音”双核驱动,不仅解决设备易用性问题,更构建起家庭成员间的全天候情感纽带。二、WTR096-16S方案的核心技术突破1. 高保真语音交互系统动态情绪语音库:支持8种语气模板(温柔提醒/紧急告警
    广州唯创电子 2025-04-28 09:24 194浏览
  • 浪潮之上:智能时代的觉醒    近日参加了一场课题的答辩,这是医疗人工智能揭榜挂帅的国家项目的地区考场,参与者众多,围绕着医疗健康的主题,八仙过海各显神通,百花齐放。   中国大地正在发生着激动人心的场景:深圳前海深港人工智能算力中心高速运转的液冷服务器,武汉马路上自动驾驶出租车穿行的智慧道路,机器人参与北京的马拉松竞赛。从中央到地方,人工智能相关政策和消息如雨后春笋般不断出台,数字中国的建设图景正在智能浪潮中徐徐展开,战略布局如同围棋
    广州铁金刚 2025-04-30 15:24 265浏览
  • 你是不是也有在公共场合被偷看手机或笔电的经验呢?科技时代下,不少现代人的各式机密数据都在手机、平板或是笔电等可携式的3C产品上处理,若是经常性地需要在公共场合使用,不管是工作上的机密文件,或是重要的个人信息等,民众都有防窃防盗意识,为了避免他人窥探内容,都会选择使用「防窥保护贴片」,以防止数据外泄。现今市面上「防窥保护贴」、「防窥片」、「屏幕防窥膜」等产品就是这种目的下产物 (以下简称防窥片)!防窥片功能与常见问题解析首先,防窥片最主要的功能就是用来防止他人窥视屏幕上的隐私信息,它是利用百叶窗的
    百佳泰测试实验室 2025-04-30 13:28 495浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦