【中国科学家构建微米级人造纤毛超表面，首次将纳米驱动器与电路集成于300微米芯片，实现阳光驱动可编程微流控】

草履虫虽然体长仅 180-280 微米，但它可以在水中自由地游动，其“秘诀”就在于纤毛的助力。纤毛的长度约 10 微米，不仅可实现独立控制，还能组合形成非常复杂的运动。人体中也有大量的纤毛，例如人类大脑中的脑脊液、肺部的痰和污垢都是由纤毛驱动排出的。

科学家一直在尝试模仿纤毛的这种行为，制造#人造纤毛# 用来在微观尺度下驱动流体的运动。虽然已经有使用光、静电或磁场等方式驱动的人造纤毛，但它们或者局限在毫米尺度，或者并不能被独立地、可寻址的控制。因此，学者们一直在探索如何使用人造纤毛对流体实现更精确的操控。

近日，#康奈尔大学# 团队开发了一种人造纤毛超表面，可在微米尺度独立地控制上千个纤毛，并实现对流体的精准操控。实际上，这是国际上首次集成了纳米驱动器和集成电路的器件，并且实现了无线供能和操控，只需将其放在阳光下就能持续地工作。

5 月 25 日，相关论文以《用于电子可编程微流体操控的纤毛超表面》（Cilia metasurfaces for electronically programmable microfluidic manipulation）为题，以封面论文的形式发表在 Nature 上[1]。康奈尔大学机械工程系博士生王伟、物理系刘清坤博士和伊泰·科恩（Itai Cohen）教授担任该论文共同通讯作者，王伟为该论文第一作者。

这种人造纤毛超表面从外观看像一块微型“地毯”，上面含有约 1000 个人造纤毛，整体面积约 1 平方毫米。它包括 16 个方形单元以及 64 个可单独控制的人造纤毛微流控阵列（8 个纤毛阵列*8 根纤毛）。

该平台最重要的突破是实现了用电子信号对人工纤毛阵列进行独立的、可寻址的控制，以产生复杂可编程的微流操作。

该人造纤毛平台的核心是由钛和铂组成的纳米驱动器：每根人造纤毛的厚度约 10 纳米，宽度和长度分别是 5 微米和 50 微米。该系统在生物缓冲溶液中只需加 1V 电压，就会以每秒几十微米的速度驱动液体流动。

其背后的原理在于施加电压后，铂的表面会被氧化产生表面应力，让人造纤毛弯曲，在反复地氧化还原下实现不断地弯曲和展平，人造纤毛的运动和流体相互作用，最终产生持续运动的流场。

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