顆粒在線訊：微納尺度顆粒在物理場(chǎng)梯度作用下進(jìn)行泳動(dòng)是微流控中實(shí)現(xiàn)顆粒輸運(yùn)和操控的重要手段?；跍囟忍荻冗M(jìn)行熱泳是經(jīng)典問(wèn)題，但顆粒界面附近溫度梯度的產(chǎn)生往往伴隨濃度和電場(chǎng)梯度，使得熱泳機(jī)理和規(guī)律研究面臨挑戰(zhàn)。微納顆粒熱泳速度uT與溫度梯度成正比，即uT=-DTT，其中，熱泳遷移率DT是決定顆粒對(duì)溫度梯度響應(yīng)及運(yùn)動(dòng)快慢的重要參數(shù)。以往研究多采用Soret系數(shù)ST（ST=DT/D，D為顆粒的擴(kuò)散系數(shù)）來(lái)描述熱泳的規(guī)律。然而，由于熱泳機(jī)理復(fù)雜，涉及雙電層離子輸運(yùn)、熱電效應(yīng)、溶液中分子耗散力等作用，Soret系數(shù)ST的影響因素和變化規(guī)律存在爭(zhēng)議。近年來(lái)，采用溫度梯度進(jìn)行局部納米藥物遞送以及通過(guò)光熱效應(yīng)進(jìn)行顆粒運(yùn)動(dòng)操控等新技術(shù)的興起，使得澄清微納顆粒熱泳的基本規(guī)律變得更為迫切。

　　中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微納流動(dòng)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)微流控芯片建立0.05-0.1K/mm的均勻穩(wěn)定的溫度梯度（圖1），通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)：Soret系數(shù)ST與顆粒粒徑d成線性關(guān)系（圖2），意味著熱泳遷移率DT是由顆粒界面屬性主導(dǎo)的常數(shù)；在受限空間（如微流控芯片）中，邊界表面會(huì)在溫度梯度下發(fā)生熱滲，忽略該流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致對(duì)顆粒熱泳的方向和量級(jí)做出錯(cuò)誤的評(píng)估（圖3），同時(shí)，實(shí)驗(yàn)采用疏水高聚物材料作為壁面，發(fā)現(xiàn)滑移作用可導(dǎo)致熱滲流提高一個(gè)量級(jí)以上；通過(guò)對(duì)不同生物顆粒（細(xì)胞外泌體和蛋白質(zhì)納米顆粒）的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，顆粒表面疏水性也會(huì)將顆粒的熱泳遷移率和Soret系數(shù)提高數(shù)倍（圖4）。該研究有助于澄清以往存在的熱泳規(guī)律的爭(zhēng)議，提出了通過(guò)表面疏水性大幅增強(qiáng)熱泳/熱滲的可能，為發(fā)展基于熱泳的生物顆粒微芯片檢測(cè)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

　　相關(guān)研究成果以Surface hydrophilicity-mediated migration of nano/microparticles under temperature gradient in a confined space為題，發(fā)表在Journal of Colloid and Interface Science上。該工作由力學(xué)所和中科院國(guó)家納米科學(xué)科學(xué)中心合作完成。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。

圖1.微流控芯片及其中溫度梯度的建立

圖2.聚苯乙烯顆粒的熱泳遷移率和Soret系數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

圖3.受限空間的邊界上產(chǎn)生熱滲流可以調(diào)控顆粒的熱泳，而通過(guò)邊界滑移可以進(jìn)一步增強(qiáng)該熱滲

圖4.疏水蛋白質(zhì)顆粒（綠色倒三角）的熱泳比親水外泌體（藍(lán)色方塊）快約4倍，而二氧化硅（紅色圓圈）的熱泳遷移率和Soret系數(shù)均為負(fù)

來(lái)源：力學(xué)研究所