随着科学与技术的迅猛发展，具有特殊的表面浸润性的材料已经成为当今社会的一大研究热点。这些材料的浸润性在生物医学设备、燃料运输、防污抗冻等领域发挥着重要作用。自然界中就有许多生物在适应环境的过程中，进化出了具有特殊浸润性的表面。受自然界的启发，科学家研制出许多具有特殊表面浸润性的材料，如亲水、疏水、亲油表面材料。其中，猪笼草植物由于其特殊的微结构及近乎完美的表面超滑属性，近年来引起了科研人员的广泛专注。猪笼草的瓶状捕虫笼内壁具有多孔的微结构并填充有润滑液，正是利用内壁的这种超滑属性，猪笼草可以阻止滑落进笼内的昆虫逃脱。基于此，科学家设计出灌注有惰性润滑液的多孔表面，以实现能够排斥多种液体的表面超滑属性。这种表面具有稳定、无缺陷、对绝大多数液体可排斥等优点，为浸润性表面材料提供了新的思路。然而，这种受猪笼草启发的超滑表面在浸润性调控以及生物医学领域应用等方面还有待进一步开发。
日前，东南大学赵远锦教授课题组利用将具有电热属性的石墨烯海绵与热响应的形状记忆材料运用到灌注有润滑液的超滑表面结构中，获得了表面浸润性可调节的仿生形状记忆石墨烯薄膜。研究人员在处于压缩状态下的薄膜中注入润滑液并覆盖薄膜表面，构建出可以排斥多种液滴的超滑表面。在电场的刺激下，由于薄膜具有电热和形状记忆特性，薄膜会恢复到原始的非压缩的形状；而表面的润滑液也将进一步渗透到石墨烯海绵中，从而暴露出表面的粗糙结构，使得液滴停滞在薄膜表面。由于不需要持续施加外力来固定薄膜的形状，这种电热调控的仿生形状记忆石墨烯薄膜的表面浸润性与传统弹性体超滑薄膜相比更加稳定。再加上良好的可逆性、快速响应性以及简单但持久的调控性，这种灌注有润滑液的形状记忆石墨烯薄膜将成为重要的智能表面材料。该技术源于自然而又超越自然，在生物医学领域微孔板加样等方面具有重要应用价值。
▲ 图1电热控制的形状记忆石墨烯海绵混合膜浸润性调控示意图。（A）电触发的石墨烯混合膜的形状记忆属性；（B）灌注有润滑液的形状记忆石墨烯混合膜的可调控浸润性。
▲ 图2 灌注有润滑液的形状记忆石墨烯混合膜表面液滴移动的动态控制。（A）压缩的灌注有润滑液的混合膜表面液滴移动过程；（B）施加电场下薄膜恢复过程；（C）电场刺激后薄膜表面液滴静止状态。图中标尺为1厘米。
赵远锦教授课题组基于上述形状记忆石墨烯薄膜，利用薄膜阵列来实现微孔板的滴液加样。微孔板技术作为一种普遍通用的技术，在生物、医学实验室中广泛使用。而微孔板技术的一大挑战是需要大量的加样步骤将不同的液体加入各个微孔之中。无论是使用排枪加样，还是利用点样机进行加样，都面临着费时费力或者实验成本高的问题。赵远锦教授课题组通过程序性对各个薄膜阵列单元施加电场，改变阵列表面样品液滴的滑动路径，从而实现微孔板精准加样。通过控制样品液滴的种类和比例，可以获得具有不同样品浓度梯度的微孔板阵列。此外，采用多个平行的智能薄膜阵列，能够实现快速高通量微孔板加样；每个薄膜阵列还能够重复使用，大大降低了技术成本。相关结果发表在Science Advances（2017, 3, e1700004）上。第一作者是博士生王洁。
▲ 图3 智能薄膜阵列用于微孔板加样。（A）薄膜阵列用于微孔板加样示意图；（B，C）薄膜阵列加样的动态过程；（D）具有样品浓度梯度的微孔板阵列。图中标尺为1厘米。
论文链接：http://advances.sciencemag.org/content/3/6/e1700004
来源：高分子科学前沿
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