近日，华南师范大学水玲玲教授课题组在利用液滴微流控技术构建跨尺寸多层微纳米结构材料领域取得突破，成果以《Microfluidics Assisted Fabrication of Three-Tier Hierarchical Microparticles for Constructing Bioinspired Surfaces》为题，发表在SCI影响因子13.709国际学术期刊《ACS Nano》上（2019, 13(3): 3638-3648, DOI: 10.1021/acsnano.9b00245）。

  微流控技术结合了微纳结构对材料的限域作用，通过流体动力学和多相流体间的界面作用，可以将不同性能的材料有效结合在一起，构建多维度和多层次结构的材料单元。

  论文所做工作包括：

• （1）通过液滴微流控技术平台，将纳米颗粒（百纳米级）分散在内相水中，通过外相（与内相不相溶的流体）在具有流动聚焦型结构的入口剪切形成均匀的微液滴（十微米级）。

• （2）通过颗粒扩散和自组装后，将水滴中的流体材料固化形成微球材料。

• （3）通过光聚合过程中纳米颗粒表面和聚合物材料发生化学反应，在纳米颗粒表面形成可控的纳米褶皱（十纳米级）结构（图1左）。

  该方法构建形成几十微米大小的微球材料，微球中含有通过自组装紧密排列的几百纳米颗粒，颗粒的表面被几十纳米的褶皱覆盖。三个维度的尺寸均可调控，微球尺寸通过液滴形成过程中通道尺寸和流体流速控制，纳米颗粒通过合成过程控制，褶皱通过聚合过程和材料控制。

图1：液滴微流控技术构建三种尺度的多层结构微纳米材料过程示意图和实验结果图

  这种多层结构与自然界中的亲疏水表面结构单元非常相似，因此，可以作为微单元通过自组装排列的方式认为构建特殊表面润湿性的材料，例如仿玫瑰花表面（rose pedal）和仿壁虎脚趾（gecko）的润湿性作用原理（图1右）。

  本工作首次采用液滴微流控技术平台，制备可以用于构建特殊润湿表面材料的结构单元；该方法可以连续制备大小可控、粒径均匀的微球材料，材料的性能可以通过物理结构和化学材料相结合来实现调控，是一种技术可靠、性能稳定、连续生产的材料加工方法。

图2：采用制备的多层微球材料构建的特殊润湿性表面结构及润湿性展示结果

  水玲玲教授指导的博士研究生王娟为论文唯一第一作者，水玲玲教授为独立通讯作者，华南师范大学为第一单位，荷兰特文特大学（Twente University）为第二单位。王娟是华南师范大学“光流控技术与系统国际联合实验室（LOTS）”在读博士研究生，由华南师范大学与荷兰特文特大学联合培养，合作导师为特文特大学Jan C. T. Eijkel教授。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b00245