液体的定向输送基础研究和实际应用都扮演着至关重要的角色，涵盖领域包括油水分离、液体泵送、集水和微流体等诸多领域。科研人员一直在为此不懈努力，探索微尺度系统的设计，以实现液体的可控传输。这些系统的驱动力包括表面张力梯度、化学梯度和仿生各向异性结构等。值得一提的是，自然界中一些生物已经进化出特殊的表面结构，以产生不平衡的力并控制液体的方向性运动。受到这些启发，科学家们借助静电纺丝、三维打印和微流体技术，制造了具有灵活形状和不对称微观结构的纤维材料，用于液体输送。例如，受到蜘蛛丝的启发，他们设计了一种超细纤维，具有各向异性的曲率和表面粗糙度，通过利用表面粗糙度和曲率梯度引发的力来促使液体传输。通过这些预先设计的表面结构，研究人员可以广泛地控制液体在基材上的传输方向、速度和距离。尽管已经取得了诸多进展，但不同类型液体的运输仍然具有挑战性，因为液体与表面之间的相互作用会影响传输行为。此外，鉴于微纳加工工艺方面的挑战性，操作液体以满足特定路径要求也具有困难。

为此，东南大学鼓楼医院的赵远锦教授研究团队与复旦大学商珞然合作，提出了一种新型压电微流控平台，用于制备具有轴向周期排列裙摆微结构的柔性纤维，从而在无需预先设计表面结构的液体输送方面得了新的突破。相关研究内容以“Flexible hemline-shaped microfibers for liquid transport”为题于2024年1月11日在《自然·化学工程》（Nature Chemical Engineering）的创刊号上发表，论文的共同第一作者是杨超宇、余筠如，论文链接：https://www.nature.com/articles/s44286-023-00001-5。

在这项研究中，他们采用微流体技术制造了柔性裙摆状纤维，作为替代传统方法的新选择。通过压电控制，他们成功地在微流体通道中开发了一种振动流动结构，然后将其转化为裙摆状超细纤维。这些纤维具有轴向对齐的空腔、锋利的边缘和环形连接的楔形角。令人惊奇的是，即使在没有任何特殊设计的表面结构的情况下，这些超细纤维可以与基材形成间隙，从而实现定向液体传输。通过高速相机的详细观察，他们发现液体传输过程包括单侧钉扎、通过间隙连续传输和毛细管上升导致的微腔填充。最令人兴奋的是，他们还发现了一对具有相同或相反角方向的紧密和相邻的纤维可以引发多种液体传输现象，这些现象不受液体类型或表面润湿性的限制。此外，这些超细纤维具有内在的柔韧性，因此可以沿着三维路径进行液体传输。这一创新平台已经被应用于液滴操作、长距离液体输送和水油分离等领域。这些结果证明了这一平台的通用性和潜力，预示着在开放式微流体、沿三维路径的液体传输以及能源和环境工程等领域将有广泛的应用。

图1 压电微流控技术生成的裙摆状射流模板

图2 裙摆状纤维的形貌表征

图3单根裙摆状纤维在亲水基底上的液体输送特性

图4裙摆状纤维对的液体输送特性

图5柔性裙摆状纤维的应用

总之，这项研究工作开发了一种新型微流控平台，可以动态控制通道内的流体流动，制备了具有裙摆形貌的柔性纤维材料，并研究了其在单向液体传输方面的潜力。这为解决工程中的无特殊表面结构的液体传输问题提供了创新思路。