当医学实验室分析血液样本以寻找疾病迹象时，他们有时会使用一种叫做数字微流体技术的仪器。该技术利用电信号将样品中的微小液滴拉过表面，以便对其进行分析。
这一过程的一个缺点是，电信号往往会损坏液滴所经过的表面，从而导致设备意外故障或随着时间的推移而恶化。
现在，由加州大学洛杉矶分校的工程师和科学家领导的一个研究小组已经证明，如果数字微流体设备能够利用电信号推动而不是拉动表面上的水滴，那么它们将变得更加耐用。
一篇关于这项工作的论文发表在《自然》杂志上。这一进展将为生化实验室和环境监测提供更强大、更可靠的分析工具。它还可以提高用于条形码阅读器和牙科相机等设备的液体镜片的耐用性。这些镜片可以快速调整焦距，因为它们含有一种透明的液滴，可以根据电信号快速调整形状。
数字微流控技术的研究已有近20年的历史;大约10年前，它首次出现在商业镜片上，最近又出现在诊断仪器上。到目前为止，这种装置已经使用了疏水表面，这使得水聚集起来类似于它在不粘锅上的表现。
在疏水表面上，对珠状液滴的一端施加电压会使该一端被表面吸引并变平一种叫做电润湿的现象。这是因为水可以导电，而水滴足够小，它的表面张力使它成为一个整体。再加上液滴的另一端仍然被表面排斥，使得整个液滴向扁平的一端移动，实际上是在“拉扯”施加电压的液体。
然而，大多数材料都是亲水的当水滴被放在它们上面时，它们会自然地变平因此，数字微流体设备的表面涂有一层薄薄的疏水层。但这些涂层容易失效，因为电压会导致它们降解或开裂。
为了解决这个问题，以长进“CJ”为首的研究人员加州大学洛杉矶分校萨缪尔利工程学院(UCLA Samueli School of Engineering)的沃尔热诺(Volgenau)工程学教授金姆(Kim)着手让水滴在没有疏水性涂层的表面上运动。
“如果一个人可以从它的后部推一个液滴，而不是从它的前部拉它，那么它的表面就不需要是疏水的，”他说。
金说，问题在于，电信号只能用来把水滴拉向施加电压的地方它不能用来把水滴推开。
researchers’溶液中加入少量带电表面活性剂。表面活性剂是一种物质，它的分子在一端排斥水，另一端吸引水soap就是一个例子。利用电荷，工程师们可以利用电信号来移动液滴中的表面活性剂。
“只用电信号，我们就能把液滴内部的表面活性剂分子吸引到亲水表面，把液滴的任何部分变成疏水的，”Kim说，他也是加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所的成员。
他们把这个过程称为电除湿他们选择这个名字是为了强调它与标准的电润湿技术相反。
在亲水性表面上对液滴的一端施加电压，会导致带电的表面活性剂分子聚集在那里，从而将液滴从表面向上推，然后向前推，远离通电的地方。实际上，这使得液滴能够在一端聚集，在表面移动，而不需要特殊的表面涂层。
通过逆转电压的方向，研究人员还可以将表面活性剂分子从表面吸引回来，使液滴恢复到原来的扁平形状。电除湿装置使用的电压小于5伏电流技术中使用的电压只有2%。
研究人员证明，这一过程可以用来从较大的水滴中分离出单个水滴，然后移动、分裂并重新融合在一起数字微流体的四种基本操作。
他们用水以及化学和生物学中常用的几种溶剂和缓冲溶液测试了这种方法。他们还在6个小时内对水滴进行10000次的润湿和除湿。在每次实验中，电除湿都是成功的:没有任何故障，即使使用更高的电压和电流，设备表面也没有任何退化的迹象。
该研究的主要作者是加州大学洛杉矶分校微纳米制造实验室的博士后学者贾力。该研究的其他作者包括前加州大学洛杉矶分校博士后Noel Ha;康师傅“;Leo”刘，麻省大学阿姆赫斯特分校工程学助理教授;加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院分子和药物药理学教授、加州大学洛杉矶分校克伦普分子成像研究所成员r·迈克尔·范·达姆说。刘和哈都在加州大学洛杉矶分校获得了博士学位。
这项研究由美国国家科学基金会(National Science Foundation)、美国国家老龄化研究所(National Institute on Aging)和西蒙斯基金会(Simons Foundation)数学+X研究员奖(Math+X research Award)资助。
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