微量液體的輸送及控制對生物、化學(xué)及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。基于電毛細效應(yīng)設(shè)計的室溫液態(tài)金屬液滴微型泵系統(tǒng)對微量流體具有良好的輸送功能，且結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、易于操控，因此廣受關(guān)注。

流量是反映泵的輸送性能的重要參數(shù)。目前的微型泵系統(tǒng)多采用單一的圓柱形泵結(jié)構(gòu)，電壓及溶液濃度等對泵流量（q）的影響機理及量化關(guān)系尚不清晰，并且局限于單液滴驅(qū)動，限制了泵流量的提升。

為解決上述問題，近日，清華大學(xué)吳曉敏教授帶領(lǐng)團隊突破了傳統(tǒng)的液態(tài)金屬液滴束縛方式，并提出了多液滴協(xié)同驅(qū)動的新型液態(tài)金屬方體泵系統(tǒng)，明晰了電壓頻率（f）、交流電壓幅值（Vp-p）、直流偏移值（VDC）及溶液濃度（C）等對泵流量的影響機理，實現(xiàn)了泵流量的顯著提升。該成果以“A system for fluid pumping by liquid metal multi-droplets”為題，發(fā)表在英國皇家化學(xué)會期刊Lab on a Chip上。



圖1 （a）圓柱形泵結(jié)構(gòu)示意圖；（b）方體泵結(jié)構(gòu)示意圖；（c）兩種泵的流量隨交流電壓幅值的變化

圖2 雙液滴方體泵的輸送性能及與單液滴方體泵的對比：（a）雙液滴方體泵的最佳工作頻率區(qū)域；（b）雙液滴方體泵與單液滴方體泵流量隨交流電壓幅值的變化及對比；（c）雙液滴泵流量隨交流電壓幅值的變化；（d）雙液滴方體泵與單液滴方體泵的流量隨氫氧化鈉溶液濃度的變化

同時，該研究推導(dǎo)出了各液滴表面溶液的速度表達式以及流量與交流電壓幅值、液滴數(shù)量的關(guān)系，可更好地為泵的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

圖3 各液滴數(shù)量下方體泵的流量隨交流電壓幅值的變化

此外，文中展示了多液滴方體泵系統(tǒng)在藥物遞送、化學(xué)分析等方面的應(yīng)用潛力，并突破常規(guī)液態(tài)金屬泵的固化結(jié)構(gòu)限制，將泵系統(tǒng)分區(qū)域模塊化，為泵的設(shè)計提供了新的思路，極大提升了液態(tài)金屬泵的柔性多空間適用性及規(guī)?；瘧?yīng)用。

圖4 由液態(tài)金屬液滴泵驅(qū)動的密閉硅膠軟管內(nèi)的溶液流動

論文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D3LC01017A

審核編輯：劉清