自然界中，生物利用其独特的表面结构来定向和自发地运输液滴。在实际应用中，液滴操纵对生物检测和化学微反应至关重要。但是，模仿生物静态结构的人造被动式液滴操纵表面通常效率低且不可逆。而与之相对的磁响应智能形貌（MIT）表面有生物相容性好、瞬时响应等优势，在主动式液滴操纵领域备受期待。虽然各种MIT表面已广泛用于可控的液滴运输，但是它们只能实现单向运输（水平或垂直）。同时，现有的MIT表面仍存在以下不足：（1）MIT表面要实现三维（3D）液滴/多液滴运输仍然具有挑战性；（2）由于对重力或表面张力不平衡的依赖，具有磁响应弯曲结构的MIT表面的液滴水平推进速度有限；（3）由于结构几何形状（微柱/微纤毛阵列）和驱动策略（常规磁场引起弯曲）的限制，MIT表面很难操纵多样化的离散液滴和连续流体。因此，亟需寻求一种3D、快速且多功能的液体操纵MIT表面。
近日，中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程实验室吴东教授、胡衍雷副教授（共同通讯作者）等人报道了一种基于由空间变化、周期性磁场驱动的磁响应微板阵列（MMA）的3D液滴/多液滴运输策略。其中，改性的超疏水表面（SMMA）可以在水平和垂直方向上快速运输液滴，甚至可以实现反重力上坡推进。由于特定磁场引起的改性表面的顺序性突然反转，液滴可以在水平方向上被快速地推进（〜58.6 mm/s）。此外，作者还制备了一种非磁性响应微板/磁响应微板阵列（NMMs/MMA）复合表面以用于实现3D多液滴操作。进一步实验证实，MMA除了可以实现离散液滴的操纵，还可以用于连续流体和液态金属的操纵，为微流体的应用提供了一个有价值的平台。
图一、SMMA的制造过程及其独特的3D液滴操纵
（a）MMA和SMMA的制造过程示意图；
（b）MMA的SEM图像；
（c）SMMA的SEM图像；
（d-e）SMMA的放大SEM图像；
（f-g）液滴的水平推进和垂直捕获/释放的示意图和光学图像。
图二、SMMA的磁响应特性以及液滴的水平运输机制
（a）磁场仿真和微板弯曲示意图；
（b）磁铁阵列不同位置的磁通密度和微板弯曲角度；
（c）在周期性磁场激励下，液滴在SMMA表面上的水平运输示意图；
（d）在SMMA表面上的液滴运输过程的光学图像；
（e-g）液滴运输速度与磁铁阵列速度、液滴体积和微板间隔的关系；
（h）液滴运输距离与时间的关系。
图三、液滴在SMMA表面上的水平操纵和反重力推进
（a-b）在周期性磁场激励下，液滴在SMMA上往复运输的示意图和光学图；
（c-d）液滴在超疏水修饰的NMMs/MMA复合表面上定向推进以及混合的示意图和详细工作过程图像；
（e）基于快速液滴水平推进和微观定点合并的简单化学反应；
（f）液滴爬上倾斜角约5.4°的SMMA表面。
图四、垂直液滴操纵机制和基于垂直液滴操纵的多样化应用
（a）垂直液滴操纵的光学图像；
（b）垂直液滴操纵的机理；
（c）液滴体积和释放角（α）之间的定量关系；
（d）不同微板间隔的未经处理的MMA和SMMA的垂直液滴操纵能力；
（e）垂直捕获、水平运输和按需释放液滴；
（f）利用超疏水修饰的NMMs/MMA复合表面现并行垂直捕获和选择性释放多液滴。
图五、基于MMA表面的连续流体和液态金属的操纵
（a）在微流控芯片中远程操控流体混合的示意图和照片；
（b-c）在周期性磁场激励下，液态金属液滴通过MMA的顺序突然反转被定向推进；
（d）液态金属（LM）液滴和极性变化区域（PCR）的运动曲线。
研究成果以题为“Three-dimensional multifunctional magnetically-responsive liquid manipulator fabricated by femtosecond laser writing and soft transfer”发布在国际著名期刊Nano Letters上。
该论文第一作者为中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程实验室博士生蒋绍军，通讯作者为胡衍雷副教授,吴东教授。
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