近年来，基于液滴的微型反应器因其在反应动力学等基础研究领域，以及在材料合成和生物诊断方面的优势应用，已经引起了人们的广泛关注。对于这些小型化化学反应器中的微妙反应而言，化学品的精确和自动化的进料是至关重要的环节。然而，目前要实现这一环节，要么需要复杂的高成本微流体装置，要么需要牺牲液滴运动的能力。因此，设计一种易于制造和自动操作的表面装置，使化学品能够以可编程方式送入具有出色流动性的液滴中，这仍然是一项重大挑战。

  近日，俄亥俄州立大学王晓光教授团队与普渡大学包小平教授课题组合作设计并实现了一种基于热致液晶(LC)的开放表面平台，该平台可以将化学试剂封装起来，以便将来通过LC相变释放到表面上的液滴中。得益于其天然疏水性和自愈特性，该团队设计的基于LC的开放式表面平台被证明是模块化的——其中装载了不同化学试剂的LC表面可以自由组装，以编程释放到表面上液滴中的化学试剂的顺序和数量——从而实现各种连续和平行反应以及材料合成，包括水滴内的纳米粒子结晶和高分子（共）聚合。此外，该团队进一步开发了一种LC表面基设备，该设备易于操作，并使用液滴作为载体来自动控制细胞信号调节剂的喂养，以便同时将人诱导多能干细胞（hiPSCs）分化为不同的细胞类型，例如内皮祖细胞和心肌细胞。总体而言，这项工作中报告的进展为液滴载体和反应器的新型的基于LC的开放表面提供了设计原则，为实现用于材料合成和再生细胞治疗的前所未有的可控性，响应性和自动化水平提供了机会。该工作以“Modularizable liquid crystal-based open surfaces enable programmable chemical transport and feeding using liquid droplets”为题发表在《Advanced Materials》 期刊上（DOI: 10.1002/adma.202108788）。文章的第一作者是俄亥俄州立大学博士后研究员徐洋博士。

图1 基于LC的开放表面平台的设计。

图2 基于LC开放表面的化学物质释放和可控纳米粒子合成。

图3 基于LC开放表面的模块化设计及其连续化学反应的演示。

图4 基于LC开放表面的模块化设计及其平行化学反应的演示。

图5在基于LC开放表面上的液滴反应器中合成聚合物。

图6通过液滴载体在LC表面设备上进行自动化学进料，从而对hiPSCs进行定向分化。 

  该工作是王晓光教授团队近期关于液晶基开放表面的设计与应用的相关研究的最新进展之一。热致液晶(LCs)，是一种各向异性的流体，其组成分子中的长程取向序和位置序对外界刺激能展现快速的响应性。在过去的三年中，该团队正是利用LCs的这一特性，从理论研究到实验设计，进一步开发出了一系列LC基功能化平台和器件（Science Advances 2021, 7, eabi7607; Advanced Materials 2022, 2110085; Cell Reports Physical Science 2020, 1, 100276.）。这些开创性的工作为各向异性液体基开放表面的制备提供了新的设计原则，使其具有广阔的应用前景，包括液滴基化学合成和医学诊断等领域。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202108788