廈門大學侯旭教授團隊多年致力于“液體門控技術”的研究，該技術由侯旭等人首次提出。近幾年，侯旭團隊將其發展具體成形。2020年世界權威化學組織國際純粹和應用化學聯合會（IUPAC）將“液體門控技術”評為該年度全球“化學領域十大新興技術”（還包括人工智能、聚集誘導發光、核糖核酸疫苗等，其中僅有兩項由中國科學家提出并引領）。

近期，侯旭教授團隊在磁響應液體門控技術方面取得了突破性進展，開發了一種磁性膠體門控系統，并展示了該系統在微流體控制、藥物釋放、化學反應控制等領域的應用。在該研究中，研究者還建立了一種實時表征限域空間中膠體聚集力學的新技術。相關成果發表于《國家科學評論》（National Science Review, NSR）。

在微觀尺度，限域膠體（受限在小空間內的膠體）可表現出復雜、有趣、獨特的聚集行為：自組裝形成漩渦、相干運動或相分離狀態。研究表明，通過控制限域膠體的微觀組裝結構或群聚狀態，可以實現微流體泵送、流體驅動或溶質傳輸。 然而，對限域膠體聚集行為的精確調控仍然充滿挑戰，原因在于：

膠體懸浮液體系非常復雜；

限域空間的尺寸與膠體粒徑在同一量級，因此很難確定膠體之間的相互作用力，以及膠體懸浮液與限域幾何維度的相互作用力；

目前對限域膠體力學行為的研究方法主要集中在顯微觀察和理論模擬，缺乏直觀表征膠體相互作用力的技術手段。

針對這一挑戰，侯旭教授團隊基于液體門控技術，將磁性膠體懸浮液限域在同一微觀尺度的多孔材料中，構筑了一種全新的磁性膠體門控系統。該系統利用壓力驅動的非互溶流體作為有效誘導，可以實時表征限域膠體的力學性能，在動態調控和精確調控微流體等方面均可應用。 多孔結構為膠體提供了有效的限域空間，通過毛細力將膠體懸浮液穩定在其中，形成了“多孔結構-膠體載液-膠體顆粒”之間的“固-液-固”界面體系。利用磁場，可以對限域膠體的聚集行為進行非接觸調控，調節膠體聚集的有序度（熵），從而改變流體通過膠體門控所需的壓強閾值。 研究者建立了該壓強閾值與膠體熵之間的量化關系。其中，膠體熵及流體輸運閾值與膠體濃度、限域空間尺寸、膠體懸浮液的飽和度、磁場強度、磁場方向密切相關。因此，對限域比與膠體濃度進行優化設計，就可以實現對膠體聚集結構的控制。在一定的膠體濃度下，壓強閾值隨著膠體懸浮液在多孔材料中飽和度的增大而增大，隨著磁場強度的增加而增加。此外，隨著磁場方向從平行、傾斜、到垂直于輸運方向，輸運流體的跨膜壓強閾值逐漸增大。因此，在流體輸運的過程中，調控磁場強度或方向即可動態調控流體的傳輸能力。

磁性膠體門控在不同磁場強度和方向下的動態調控 磁性膠體門控具有良好的穩定性和優異的抗污性能。該研究為實時表征限域膠體的力學性能提供了全新的技術手段，為微流體控制、藥物釋放、化學反應控制等領域帶來了新的機遇，也將促進膠體科學、膜科學和微流體力學的發展。 廈門大學博士后盛智芝（現為中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所副研究員）、張猛創（現為西北工業大學民航學院助理教授）、博士生劉靜為論文共同一作，廈門大學侯旭教授為論文的通訊作者，該工作的合作者還包括馬克斯普朗克智能系統研究所與斯圖加特大學的Paolo Malgaretti教授，麥吉爾大學的李劍宇教授等。

責任編輯：lq