流動的液體，也能像搭樂高積木一樣一塊一塊地壘起來？
近日，記者從東南大學獲悉，該校生物科學與醫學工程學院教授顧忠澤、副研究員杜鑫團隊提出一種液體積木理論，構建了一種可以編輯液體器件內部結構的方法。該方法通過液滴與液滴之間的排列組合，可快速組裝出不同構型的液體結構。相關成果近日發表于國際學術期刊《自然·化學工程學》。
液體流動無形。基于液體構建的功能性器件，已經滲入人類的生產生活、科學研究如新能源、醫學診斷、生物培養等各個方面。
“液體器件構建的常規方法，是采用固體容器將流動的液體限定在特定位置。”在杜鑫看來，傳統構建方法需要提前設計、制備好所需的固體容器，耗時長且成本高。在液體器件的實際使用過程中，經常會遇到使用效果不佳、需要重新設計器件結構的問題，或者在實驗過程中，臨時期望改變液體結構，引入更多參數和功能到器件中的情況。常規的基于固體壁的液體容器，結構不可更改，需要不斷再設計、再制備，反復迭代才能滿足上述需求。
杜鑫以微流體芯片舉例說：“微流體芯片可以模擬人體血液、細胞、組織等生理環境，對藥物的吸收、代謝和毒性進行研究。在生物制藥領域，微流體芯片的應用主要集中在新藥研發和藥物篩選。一款微流體芯片的制作包括流道設計、模板制備、模塊貼合封裝等步驟。單個微流體芯片的開模加上制備，常常耗資上千元、耗時數天。如果芯片制作完成后再更改芯片內部結構，為時已晚。”
那么，能否發明出一種液體器件，既可以變身為各種不同模樣的液體器件，滿足不同的使用場景，又可以在使用過程中根據使用者的需求，實時改變器件結構？
受樂高積木玩具啟發，顧忠澤研究團隊提出了液體積木理念。
“為了能將液體積木化，我們設計出均一化的、3D打印的柱狀陣列。向柱狀陣列中特定位置連續滴加液滴，就可以快速形成不同構型的液體結構。同時，通過對柱狀陣列中的液滴進行截斷、移除、再添加，又可以實時、快速地改變液體結構。”顧忠澤介紹，這種液體器件的快速制備與實時重構方法，可大幅度提升液體器件相關領域的生產、研究效率。而且，根據液體積木理念制備出的液體器件，是一個全開放式的結構。采用一片疏水紙，即可將之前的液體流道截斷，還可以通過移液槍移除不需要的液體單元，添加新的液體單元，完成流道重構。
杜鑫介紹，運用液體積木理念，對于簡單的液體結構，科研人員可采用移液槍加液的方式靈活制備。而應對復雜的結構，他們還開發出了自動化裝置，可在數分鐘內完成復雜流道的快速制備。
“該技術不僅可用于制備連續相的流體結構，還可用于構建離散相的多相液體結構，并精準控制液—液界面。液體器件制備過程僅需數分鐘，花銷很低。”杜鑫說，無論是二維還是三維液體結構，工作人員都可通過該技術進行快速制備。所適用的液體包括水溶液、離子液體、液態金屬等多種液體。
顧忠澤團隊目前正在從事器官芯片的研發。器官芯片是將人源細胞或干細胞注入薄薄的高分子基底材料，通過給基底材料輸送氧氣、培養液，讓細胞在材料中呼吸、生長，最終長成類似的人類器官組織。
在研究團隊看來，液體積木所展現的可重構理念，彌補了目前器官芯片結構固定、無法根據微器官生長過程來協同改變自身結構的局限。
“目前，團隊正嘗試利用液體積木理論創建動態器官芯片，再現生命體生長、發育過程中的動態過程，構建出新一代高仿生、自適應器官芯片。”顧忠澤說。
流動的液體，也能像搭樂高積木一樣一塊一塊地壘起來？
近日，記者從東南大學獲悉，該校生物科學與醫學工程學院教授顧忠澤、副研究員杜鑫團隊提出一種液體積木理論，構建了一種可以編輯液體器件內部結構的方法。該方法通過液滴與液滴之間的排列組合，可快速組裝出不同構型的液體結構。相關成果近日發表于國際學術期刊《自然·化學工程學》。
液體流動無形。基于液體構建的功能性器件，已經滲入人類的生產生活、科學研究如新能源、醫學診斷、生物培養等各個方面。
“液體器件構建的常規方法，是采用固體容器將流動的液體限定在特定位置。”在杜鑫看來，傳統構建方法需要提前設計、制備好所需的固體容器，耗時長且成本高。在液體器件的實際使用過程中，經常會遇到使用效果不佳、需要重新設計器件結構的問題，或者在實驗過程中，臨時期望改變液體結構，引入更多參數和功能到器件中的情況。常規的基于固體壁的液體容器，結構不可更改，需要不斷再設計、再制備，反復迭代才能滿足上述需求。
杜鑫以微流體芯片舉例說：“微流體芯片可以模擬人體血液、細胞、組織等生理環境，對藥物的吸收、代謝和毒性進行研究。在生物制藥領域，微流體芯片的應用主要集中在新藥研發和藥物篩選。一款微流體芯片的制作包括流道設計、模板制備、模塊貼合封裝等步驟。單個微流體芯片的開模加上制備，常常耗資上千元、耗時數天。如果芯片制作完成后再更改芯片內部結構，為時已晚。”
那么，能否發明出一種液體器件，既可以變身為各種不同模樣的液體器件，滿足不同的使用場景，又可以在使用過程中根據使用者的需求，實時改變器件結構？
受樂高積木玩具啟發，顧忠澤研究團隊提出了液體積木理念。
“為了能將液體積木化，我們設計出均一化的、3D打印的柱狀陣列。向柱狀陣列中特定位置連續滴加液滴，就可以快速形成不同構型的液體結構。同時，通過對柱狀陣列中的液滴進行截斷、移除、再添加，又可以實時、快速地改變液體結構。”顧忠澤介紹，這種液體器件的快速制備與實時重構方法，可大幅度提升液體器件相關領域的生產、研究效率。而且，根據液體積木理念制備出的液體器件，是一個全開放式的結構。采用一片疏水紙，即可將之前的液體流道截斷，還可以通過移液槍移除不需要的液體單元，添加新的液體單元，完成流道重構。
杜鑫介紹，運用液體積木理念，對于簡單的液體結構，科研人員可采用移液槍加液的方式靈活制備。而應對復雜的結構，他們還開發出了自動化裝置，可在數分鐘內完成復雜流道的快速制備。
“該技術不僅可用于制備連續相的流體結構，還可用于構建離散相的多相液體結構，并精準控制液—液界面。液體器件制備過程僅需數分鐘，花銷很低。”杜鑫說，無論是二維還是三維液體結構，工作人員都可通過該技術進行快速制備。所適用的液體包括水溶液、離子液體、液態金屬等多種液體。
顧忠澤團隊目前正在從事器官芯片的研發。器官芯片是將人源細胞或干細胞注入薄薄的高分子基底材料，通過給基底材料輸送氧氣、培養液，讓細胞在材料中呼吸、生長，最終長成類似的人類器官組織。
在研究團隊看來，液體積木所展現的可重構理念，彌補了目前器官芯片結構固定、無法根據微器官生長過程來協同改變自身結構的局限。
“目前，團隊正嘗試利用液體積木理論創建動態器官芯片，再現生命體生長、發育過程中的動態過程，構建出新一代高仿生、自適應器官芯片。”顧忠澤說。
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