廈門大學化學化工學院侯旭教授課題組與美國哈佛大學艾森伯格教授研究團隊合作在仿生抗污染微流控新技術領域取得突破性進展，其研究成果“Dynamic air/liquid pockets for guiding microscaleflow”發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications, 9, 733)。此外，課題組在恒壓環(huán)境下的動態(tài)可控多相分離研究成果“Liquid gating elastomeric porous system with dynamically controllable gas/liquid transport”在美國科學促進會出版的Science Advances發(fā)表。

動物胃粘膜的屏蔽效應為課題組研究提供了新的靈感，動物胃粘膜屏障中的粘液細胞會分泌粘液保護其免受胃酸的侵蝕。受此啟發(fā)，課題組設計合成了具有動態(tài)復合液體的多孔高分子膜材料，并在其中構建微米通道，功能液體可以在微孔和微通道中動態(tài)流動。突破傳統固/液材料界面設計的限制，應用全新的動態(tài)固/液/液界面設計制備液體復合高分子膜材料帶來優(yōu)異的抗污染性能，對無機物，有機物以及復合物甚至血液都具有很好的抗污作用。此外，由于微孔與微通道在一個尺度數量級，這樣一來，復合功能液體在微孔和微通道中的臨界壓強閾值就在可以協同調控的范圍內，從而獲得特有的雙門控調控微流體輸運行為，為微流體輸運控制在藥物釋放，微反應器，柔性機器人，生物/環(huán)境檢測技術等發(fā)展帶來了全新的思路和廣闊的應用前景。

生物中的肺泡，充滿了微米尺度的孔道，由液體填充了組織，氣體通過充滿液體的通道進入組織內部，進行氣體交換?？蓮椥允湛s的肺泡小孔，能夠很好地實現壓力梯度的液體門控開關。受到該生物肺泡小孔的啟發(fā)，課題組設計了仿生液體復合有機高分子彈性膜系統。此項研究首次將功能液體與有機高分子彈性體材料復合形成穩(wěn)定的復合膜體系，用于在恒壓環(huán)境下的可控多相輸運與動態(tài)分離。其中，功能液體由毛細力穩(wěn)定在彈性體多孔膜中，形成了一種液體門控，液體門控技術把傳統固液界面的科學問題轉移到液液界面，把液體作為動態(tài)“門”，來實現對物質的可控輸運與分離。通過對彈性體材料孔徑的動態(tài)調控和液固界面的協同作用，控制流體的輸運性能。這一全新的復合材料設計思路有望應用于有氣體參與的化學反應、燃料電池、多相流體系、多相微反應、仿生微流控、膠體顆粒的制備等領域。這一研究方向將對開發(fā)新一代的多相分離系統提供新材料和新技術手段，推動多相物質輸運與分離技術的發(fā)展。

侯旭教授課題組致力于多尺度孔道材料的研究，提出了仿生多尺度智能門控的概念和多尺度界面的設計。仿生多尺度智能門控是指受到自然界中生物體的啟發(fā)而開發(fā)的微/納尺度的多孔膜材料，膜孔道受外界刺激，包括光、壓力、pH、溫度、濕度、電場及磁場等響應，能夠實現膜孔道的打開和關閉，選擇性地進行物質輸運（Adv. Mater., 2016, 28, 7049-7064）。多尺度界面的設計則包括多尺度孔道表面的液體滑移表面的設計，多尺度孔道內固/液/液界面的設計，以及多尺度孔道內的動態(tài)滑移界面的設計（Small, 2018, 1703283;ACS Nano,2018, DOI:10.1021/acsnano.7b07923）。

研究工作得到國家自然科學基金委（項目批準號：21673197），青年海外高層次人才引進計劃第十二批“千人計劃”青年項目，高等學校學科創(chuàng)新引智計劃（項目批準號：B16029）和廈門大學校長基金（項目批準號：20720170050）等資助與支持。

相關鏈接：

Nat. Commun.論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-03194-z

Sci. Adv.論文鏈接：http://advances.sciencemag.org/content/4/2/eaao6724