近日，上?？萍即髮W(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院劉松教授團(tuán)隊(duì)與香港理工大學(xué)王鉆開(kāi)教授團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種全新的超親水表面液滴操控方法“聲致去潤(rùn)濕（Acousto-dewetting）”，突破了液滴操控對(duì)疏水界面的依賴(lài)，徹底改變了液滴微流控技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)必須依賴(lài)表面改性的范式，為其在復(fù)雜實(shí)際環(huán)境中的應(yīng)用打開(kāi)了新的可能性。相關(guān)論文以“Acousto-dewetting enables droplet microfluidics on superhydrophilic surfaces”為題發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-物理》（Nature Physics）。

液滴微流控是一項(xiàng)關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù)，憑借其高效處理微升至納升級(jí)液體的能力，在生物診斷、化學(xué)分析和材料合成等前沿領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)有液滴操控方法多通過(guò)界面改性或施加外部物理場(chǎng)（如光、電、熱、聲等），借助潤(rùn)濕性梯度實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。但在無(wú)法對(duì)界面進(jìn)行改性的超親水表面上，這些策略難以產(chǎn)生有效驅(qū)動(dòng)力。因此，如何在無(wú)需改變表面性質(zhì)的前提下實(shí)現(xiàn)液滴的高效操控，成為制約微流控技術(shù)進(jìn)一步拓展至臨床和生物體內(nèi)應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。

本研究提出了一種全新的液滴操控機(jī)制——聲致去潤(rùn)濕（Acousto-dewetting）。該方法通過(guò)在液滴內(nèi)部聚焦超聲波，誘導(dǎo)形成強(qiáng)聲流，從而重塑液滴內(nèi)部的壓力分布。在此基礎(chǔ)上，液滴三相接觸線(xiàn)受到向內(nèi)的負(fù)壓驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了在超親水表面上液滴的主動(dòng)去潤(rùn)濕和可控收縮。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該方法在無(wú)需表面改性或添加助劑的條件下，顯著提升了操控效率。

圖1：將超聲波聚焦在液滴內(nèi)部引發(fā)“聲致去潤(rùn)濕”效應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在聲致去潤(rùn)濕（Acousto-dewetting）作用下，液滴三相接觸線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)速度可達(dá) 33 mm/s，該速度遠(yuǎn)超水膜形成的臨界值，有效避免了傳統(tǒng)操控過(guò)程中因液膜殘留導(dǎo)致的操控失敗問(wèn)題，解決了長(zhǎng)期困擾超親水表面液滴微流控的技術(shù)瓶頸，突破了經(jīng)典潤(rùn)濕理論的局限。

圖2：液滴內(nèi)部聲流與液滴運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。

為實(shí)現(xiàn)液滴在超親水表面上的主動(dòng)操控，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一套具有高空間分辨率與遠(yuǎn)程聚焦能力的超聲陣列系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)控壓電單元的相位與幅度，在液滴內(nèi)部合成高能量密度的聚焦聲場(chǎng)。依托該系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)首次在活體組織表面實(shí)現(xiàn)了液滴的非侵入式精準(zhǔn)操控，并將其成功應(yīng)用于體內(nèi)血栓清除、靶向藥物遞送等臨床場(chǎng)景，展現(xiàn)出良好的生物安全性、適應(yīng)性與實(shí)際應(yīng)用潛力。

通過(guò)在活體組織等超親水界面上實(shí)現(xiàn)高速、穩(wěn)定、無(wú)殘留的液滴操作，聲致去潤(rùn)濕技術(shù)顯著拓展了微流控平臺(tái)在體內(nèi)診療、精準(zhǔn)藥物遞送等臨床場(chǎng)景中的可用性。該技術(shù)在血栓清除、封閉空間液橋操控、超高粘液體控制等多類(lèi)型液體和多物理邊界條件下均展現(xiàn)出卓越性能，驗(yàn)證了其跨尺度、跨介質(zhì)的廣泛適應(yīng)性。同時(shí)，其無(wú)需界面圖案化或材料改性即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精密操控的特點(diǎn)，也為智能軟體機(jī)器人、綠色化工反應(yīng)器、微型能量系統(tǒng)、可編程液滴計(jì)算平臺(tái)等新興領(lǐng)域提供了高度兼容的新型液體調(diào)控方案，展現(xiàn)出推動(dòng)多學(xué)科融合與技術(shù)轉(zhuǎn)化的巨大潛力。

圖3：“聲致去潤(rùn)濕”效應(yīng)在不同表面不同性質(zhì)液體表現(xiàn)出通用性。

圖4：活體微流控應(yīng)用場(chǎng)景展示。

該研究成果由上海科技大學(xué)和香港理工大學(xué)合作完成。上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院劉松教授和香港理工大學(xué)/香港城市大學(xué)孫鵬程博士為論文的共同第一作者，劉松教授和香港理工大學(xué)王鉆開(kāi)教授為共同通訊作者。上海科技大學(xué)是該工作的第一完成單位。

DOI： 10.1038/s41567-025-02844-6