近日，電子科技大學基礎與前沿研究院王志明教授團隊在《美國科學院院報》(PNAS)上發(fā)表題為“Gold Implanted Plasmonic Quartz Plate as a Launch Pad for Laser Driven Photoacoustic Microfluidic Pumps”的研究論文。通過金離子注入石英片制備了一種微流控泵，實現了激光實時操控宏觀流體運動。

基礎院博士后岳帥、博士生林峰和河南工程學院張秋慧副教授為共同第一作者，電子科技大學基礎與前沿研究院為第一作者及第一通訊單位。電子科技大學王志明教授和美國休斯頓大學Jiming Bao教授為共同通訊作者，合作研究單位包括河南工程學院、美國休斯頓大學、美國普渡大學。

背景介紹

微泵是微流控器件的核心，在基礎研究和前沿技術上有廣泛的應用。根據工作原理，微泵主要可以分為兩大類：機械和非機械泵。隨著微機電系統的出現，由閥和薄膜等活動組件構成的微機械泵替代了宏觀尺寸的機械泵。雖然非機械微泵沒有活動組件，但仍然需要制備微細結構和電學接觸來產生熱、電、磁和超聲激勵來驅動流體。隨著制備工藝的進步，微泵的性能也有所提升。但是，在過去的幾十年里，其設計和工藝原理仍然幾乎沒有變化。并且，基礎研究的深入發(fā)展對泵的尺寸和精確控制提出了更高的要求，傳統的微機電泵的局限越來越明顯。

圖1：金離子注入石英片及該石英片在激光作用下產生的束流

圖2：移動激光束產生的移動微泵和兩束激光產生的雙微泵

本文亮點

在本工作中，王志明教授團隊用全新的設計和工作原理制備出了一種新型的微泵。該器件沒有活動組件或電極，因此不需要微納制備工藝。并且，該泵的尺寸、數量、位置和工作時間都可以被實時地遠程及程序化控制。通過離子注入技術在石英片中注入濃度為1016/cm2的金原子，在利用我們團隊之前發(fā)表在Science Advances上的光致超聲，激光推動流體的原理，脈沖激光就可以實時地產生持續(xù)的超聲，推動流體快速流動（如圖1）。由于整個石英片的表面都被等離子層覆蓋，超聲波可以從其表面的任意點產生。也就是說該石英片上的任一點就是一個微流泵（如圖2）。

總結與展望

該器件克服了之前光致超聲需要激光束在同一點產生超聲腔體的缺點。通過研究該微流泵背后的泵浦機理，探索激光、流體和超聲的相互作用，可以極大地推動化學、生物醫(yī)學等領域的基礎研究，甚至有望將該技術推廣進入到產業(yè)化應用階段。由于光致超聲的原理具有普適性，大量的吸光材料如碳納米管、金納米顆粒、石墨烯、二硫化鉬、半導體聚合物和染料分子都有望用來產生光致超聲從而進行流體控制。該研究標志著一系列微泵的產生，打開了其光流控和微流控的廣泛應用。