材料科學(xué)中的液滴處理可有助于水收集，醫(yī)學(xué)診斷和藥物輸送技術(shù)。雖然基于結(jié)構(gòu)的液體操作已在自然界和受生物啟發(fā)的人工材料中廣泛使用，但實驗室策略依賴于固定結(jié)構(gòu)來進(jìn)行單向水運動。在一項關(guān)于科學(xué)進(jìn)步的新研究中安利和中國科學(xué)院大學(xué)化學(xué)研究所的研究團(tuán)隊提議開發(fā)一種磁控機(jī)器人。該構(gòu)造物具有可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)以分布阻力和確定液滴行為。該機(jī)器人可以運輸，分裂，釋放和旋轉(zhuǎn)液滴，以在各種領(lǐng)域和惡劣環(huán)境中通用。新發(fā)現(xiàn)為自動液滴操作提供了有效的策略。

在這項工作中，李等人。使用可靠的方法，使用電磁驅(qū)動的機(jī)器人在可編程的磁場中控制鋼珠，從而控制液滴?？茖W(xué)家通過調(diào)節(jié)磁場來控制機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。差異化的機(jī)器人結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了多種液滴行為組合，包括分裂，釋放，旋轉(zhuǎn)和運輸。該機(jī)器人普遍適用于各種流體，包括水，石油和天然氣。Li等。協(xié)助機(jī)器人在有限的空間，不平坦的表面上甚至在無水或厭氧條件下進(jìn)行致動。這項工作在材料運輸，微細(xì)加工和臨床醫(yī)學(xué)方面具有巨大潛力。

實驗室內(nèi)液滴的操作受自然界的啟發(fā)。例如，植物和動物都顯示在仙人掌霧收集系統(tǒng)，收集水蜘蛛絲和影響納米布沙漠甲蟲的行為，以收集和招喝水。用于水樣收集的不對稱和固有結(jié)構(gòu)會在液滴中引起拉普拉斯壓力梯度，從而導(dǎo)致沿預(yù)設(shè)方向運動。研究人員可以使用各種外部策略，包括電，磁鐵，聲學(xué)和潤濕表面來激活其運動。其中，磁力具有遠(yuǎn)距離動作，安全和易于控制的優(yōu)點。研究人員已經(jīng)使用磁性粒子將水滴拖曳到疏水或有圖案的表面以及磁響應(yīng)材料上。

Li等。在磁力控制系統(tǒng)中將這兩個鋼珠稱為“機(jī)器人”，并用食品添加劑對水滴進(jìn)行著色，以明確識別不同的驅(qū)動方式。親水(愛水)機(jī)器人很容易在接觸時捕獲液滴。研究團(tuán)隊轉(zhuǎn)移了液滴，并通過減少或增加珠子之間的距離來調(diào)整其結(jié)構(gòu)，以分裂子液滴或釋放液滴。該過程主要依賴于其體積(V)影響結(jié)果的機(jī)器人結(jié)構(gòu)。Li等。使用珠子到直徑的中心距來量化機(jī)器人的結(jié)構(gòu)(D / d)。例如，D / d比為1.67的機(jī)器人可以輸送150 µL的水滴。但是，如果液滴擴(kuò)大到350 µL，它將分裂。要了解這一點，

在控制了空氣中的水滴后，研究小組在不同條件下(包括不同的氣氛)對機(jī)器人進(jìn)行了調(diào)查。例如，他們通過克服重力和不同液滴與基材之間的粘附力來拖動液滴以使其向上或向下移動。此類設(shè)備可在有限的空間中使用，例如對微流體和臨床醫(yī)學(xué)至關(guān)重要的盒子和管子。無損運輸和精確的試劑控制對于定量化學(xué)微反應(yīng)至關(guān)重要廣泛應(yīng)用于分析化學(xué)，診斷學(xué)和生物技術(shù)。例如，Li等。機(jī)器人通過可編程的液滴操作進(jìn)行了連續(xù)的酸堿中和反應(yīng)，以分裂子液滴并將其轉(zhuǎn)移形成中性液滴。機(jī)器人提供了一條通用途徑，可使用精確等分??的試劑自動控制微滴，以進(jìn)行微反應(yīng)，這些試劑通常具有毒性，放射性或爆炸性。

然后，研究科學(xué)家在實驗室中模擬生物醫(yī)學(xué)過程，以探索機(jī)器人在體內(nèi)醫(yī)療應(yīng)用中的潛力。他們首先模擬了器官中發(fā)現(xiàn)的結(jié)石或礦物質(zhì)沉積物例如腎臟和膽囊，由于結(jié)構(gòu)上的局限性而無法手術(shù)切除，因此它們通常保持完整。他們使用微型機(jī)器人將藥滴拖到模擬的結(jié)石上，以便易于收集和去除(基于兩個表面之間的相容性)。在下一個實驗中，他們展示了該機(jī)器人通過在冠狀動脈中積聚大量膽固醇(用裝滿水的試管表示)來清除或清除血管的潛力。他們運輸了藥滴以捕獲模擬的斑塊，并溶解了藥物，以供機(jī)器人處理。創(chuàng)新的方法可以為體內(nèi)醫(yī)療應(yīng)用提供多種功能。

這樣，An Li及其同事提出了一種簡單而通用的策略，即使用由兩個鋼珠制成的磁控機(jī)器人來操縱液滴。他們使用磁場控制結(jié)構(gòu)，該磁場調(diào)節(jié)液滴前段和后段的阻力分布。他們實現(xiàn)了液滴的多種行為，包括運輸，分裂，釋放和旋轉(zhuǎn)。除了操縱空氣中的水滴之外，該機(jī)器人還有望輸送復(fù)雜的液體，例如油，油包水和水包氣。鋼珠在有限的空間(包括有毒和放射性環(huán)境)中顯示出液滴的可操縱性。這項工作在設(shè)備制造，傳感和生物測定以及體內(nèi)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大潛力。研究小組認(rèn)為，該系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化將允許在納升和皮升級別上進(jìn)行較小的液滴操作，并增強(qiáng)生物相容性。