胃是个了不起的生物“工程师”，其黏膜屏障依靠独特的外层-内层传递通道，实现了外部刺激对内部流体行为的精准调控。而其中的“秘密武器”——胃小凹，像“迷你通道”一样的小凹陷，连接着底层的胃腺，将腺体分泌的黏液运送到胃腔，构筑一道强大的保护屏障。不仅如此，这些胃腺还能根据神经和体液信号的变化，灵活调节分泌物的体积与成分。是不是很像一套超智能的“动态运输系统”？
受到这一自然机制的启发，厦门大学侯旭教授团队开发了一种仿生液体囊袋材料，将“胃小凹”的智慧融入到现代微流控技术中。该材料由热驱动水凝胶和多孔基质构成，其中热驱动水凝胶作为外部激活单元，能够响应温度刺激释放交互流动液体；多孔基质则作为互连囊袋，用于交互流动液体的传输，从而实现可控的内部传输流体流动及自适应屏障功能。研究团队采用全球首款液体门控智能测试分析仪实时监测了限域流体传输过程中的行为变化，并AI智能分析相关传输特征，实验和理论分析表明，液体囊袋的稳定性及其流体调控能力依赖于外部激活单元与内部流体间的互连囊袋结构。这种创新设计不仅为在响应材料界面上调节微尺度流动提供了全新思路，还展现出顺序药物释放、自清洁、抗污和抗溶胀等特性，成功解决了微流控领域长期存在的关键难题。这一研究成果以“Bioinspired Liquid Pockets with Externally Induced Internal Microscale Flow”为题发表在《Advanced materials》上。
受胃黏膜启发，研究团队开发了一种仿生液体囊袋材料系统（BLPMS），由热驱动水凝胶与多孔基质复合构建，并设计微通道结构以深入研究其特性与功能。液体囊袋的外部激活单元位于最外层，由热响应水凝胶聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）制成。PNIPAM水凝胶能够响应温度变化发生膨胀或收缩，从而动态吸收或释放交互流动液体。互连囊袋结构由羟基改性的尼龙-66多孔基质组成，具有优异的水亲和性和稳定性，并通过氢键与PNIPAM水凝胶紧密结合。在温度变化的驱动下，多孔基质通过毛细效应实现液体的分配与回收。这一动态过程直接影响微通道内液体的填充状态，从而显著改变流体的输运行为。
实验和理论计算表明，BLPMS凭借外部调控单元能够高度可逆地调节气体的输运行为。这一机制不仅在气体控制中表现优异，还可进一步扩展至液-液界面的设计，以实现更复杂的流体传输行为。此外，BLPMS的设计具有高度的可定制性，能够灵活适配不同的流体控制需求。例如，通过调节水凝胶聚合过程中单体的成分和比例，可以精确调整水凝胶的响应温度；通过引入表面活性剂分子，可以调节交互流动液体的表面张力，从而改变流体输运的临界压力。实验还发现，这种交互流动液体的可逆响应行为在更大尺寸的微通道中也同样适用，进一步证明了BLPMS设计的多功能性与广泛适应性。图2. 仿生液体囊袋材料系统响应行为的可逆性和可控性研究团队通过制备具有不同响应温度的外部激活单元，实现了可控的顺序药物释放。当液体囊袋响应温度变化时，交互流动液体由外向内主动转移，有效促进了颗粒的脱粘附，从而展现出卓越的自清洁性能。此外，与传统的无孔PDMS微通道（改性PNIPAM）和不含交互流动液体的多孔基质微通道相比，液体囊袋表现出显著的抗污和抗溶胀能力。这些优异性能的实现，得益于互连囊袋内交互流动液体的可逆动态流动。总结：该研究不仅攻克了微流控领域的现有技术难题，还为智能材料、药物递送和化学合成等领域的创新提供了全新的设计思路。通过借鉴仿生设计原理，研究团队提出了一种将流体输运控制集成至智能材料系统的全新方法。这一系统能够在有限空间内实现流体的精准操控，不仅展现出高度的稳定性与适应性，还为未来人工器官系统、靶向药物治疗及先进诊断设备的设计提供了重要的灵感。这一研究开辟了智能材料领域的新方向，推动相关技术向更加多功能化和自适应化迈进，为复杂流体系统的应用提供了广阔的可能性。https://doi.org/10.1002/adma.202415661在微尺度限域空间内，流体的流动行为直接受到界面相互作用的影响。流体与限域骨架结构之间通过界面张力、毛细管力、剪切应力、静电力等多种力的作用协同稳定构成液基材料，并通过这些力的动态调整展现出高度的可调控性和智能响应性。因此，对限域空间中两相或多相界面行为的研究，是该领域快速发展的基石，也是备受科学家们关注的课题。2020年，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）作为世界上最大、最具权威性的化学组织，以成立100周年为契机，评选年度全球化学领域十大新兴技术，目标是在全世界范围内遴选出具有巨大潜力的创新技术，以此来改变当前的全球化学与工业界格局（https://iupac.org/what-we-do/top-ten/）。聚焦于微尺度限域界面的液体门控技术名列其中，展现出巨大的研究潜力和应用价值。官方指出“液体门控技术提高了传统膜系统的普适性，这对膜科学与技术、微流控等多个交叉学科的发展带来了具有里程碑式的意义”。门创科技长期聚焦于限域空间内的流体输运领域，为微尺度孔道内的流体操控与流动特性表征提供前沿的技术解决方案（http://www.gift-xm.com/）。微通道内液体的填充状态会引发显著的输运流体行为变化，可经由“压力阈值”的输出信号对这些变化进行原位、实时、连续的监测和表征。本司作为国内首家以液体门控仪器设备、应用产品及创新仪器设计、生产为主导的科技创新类企业，在限域空间内的流体输运领域积累了深厚的技术和实践经验。本司响应国家号召，以科技和科普为双翼，明确致力于将前沿科学研究成果融入公司产品，为科研与教育领域打造具有先进科研、教学与实践功能的高端智能仪器，为国家高端人才储备提供助力。GIFT-001E测试仪器是由门创科技自主研发的最新产品，是全球首款液体门控系统测试分析系统的商业化产品。本型号仪器聚焦于液体门控技术，能够以压力的形式输出固体/液体/气体或固体/液体-液体多相界面的相互作用信息。该仪器集成了检测压力的流体输送通道，提供实时压力输出信号。作为液体门控压力阈值测试分析仪的基本版本，GIFT-001E型号具有开放式操作模式，允许用户根据特定的实验要求和使用场景配置仪器的输出端口，从而构建目标研究系统模型。它适用于综合科学研究和基础教学，其高度智能化的功能集成和可拓展性设计，使得即使熟练度较低的操作者也能轻松完成实验。
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
