自供能微流体薄片，可弯曲、可折叠学术资讯

胶囊外部由类花薄片环绕。黑色箭头指示了溶液中的流场方向和梯度。

童话故事中的“魔毯”不仅能自由飞行，还能挥手和改变形状等。魔毯的神奇魔力让读者充满遐想。phys.org网站1月2日撰文称，《科学进展》杂志报道，美国匹兹堡大学(University of Pittsburgh)的研究团队根据“魔毯”赋予的灵感，根据溶液催化反应的原理，设计了一种二维可形变薄片。这种薄片可以在反应溶液中自行移动。项目首席研究员Anna C. Balazs解释说：“长期以来，在化学领域创造一个能够自行移动的非生命体，并让它能自行改变形状以执行新任务一直是一个巨大的挑战。此前，有研究人员已经制作了一种具有化学活性的贴片，虽然它可以产生流体，但流体不能对贴片的位置或形状产生影响。而我们设计的集成系统，利用化学反应激活了流体运动，能同时传送物体并‘塑造’其形状。最重要的是，这一切都是自发的。”

研究人员通过在柔性薄层表面涂装特定催化剂，使其具备了自发行动的能力。在流体中加入反应物，既会引发薄片的运动，也能改变其形状。巴拉兹说：“据我们所知，这是首次将这类催化化学反应应用到二维薄片中，使其具备‘行动力’，进而将薄片转化为可移动的三维物体。”接着，研究人员通过在特定区域涂装不同的催化剂，以及控制流体中反应物的数量和类型，构建出有效的级联催化反应，从而使薄片能完成各种各样的动作——在这项研究中，薄片已可以做出包裹、拍打和翻越障碍等动作。论文合著者Oleg E. Shklyaev说：“含有活性薄片的微流体装置能将化学能转化为自发运动的动能，可以用于执行多种重要任务，如运送货物、抓取柔性物体，甚至是爬行清洁表面。”论文第一作者 Abhrajit Laskar补充说：“如果将薄片切割成‘四瓣花’的形状，并将其贴合在微流体装置表面，还能对薄片花进行‘编程’，使其具有执行逻辑操作的能力，以及形成特定流体输送粒子等。”

Balazs说：“这项研究让我们对化学反应如何影响微流体装置中的自发式运动有了更深入的认识。研究小组的下一个任务是利用多个薄片的相互作用和自组织来以执行更为复杂的任务。此外，通过研究热、光等其它刺激因素，我们或许可以设计出移动式三维微型机器，使它们的形状和行动能适应环境的变化。这对下一代软机器人的设计和制造非常重要。”

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编译：雷鑫宇

责编：唐林芳

期刊来源：《科学进展》

期刊编号：2375-2548

原文链接：

https://phys.org/news/2019-01-self-powered-microfluidic-sheet.html