顆粒在線訊：微納尺度顆粒在物理場梯度作用下進(jìn)行泳動是微流控中實現(xiàn)顆粒輸運和操控的重要手段?；跍囟忍荻冗M(jìn)行熱泳是經(jīng)典問題，但顆粒界面附近溫度梯度的產(chǎn)生往往伴隨濃度和電場梯度，使得熱泳機理和規(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是決定顆粒對溫度梯度響應(yīng)及運動快慢的重要參數(shù)。以往研究多采用Soret系數(shù)ST（ST=DT/D，D為顆粒的擴散系數(shù)）來描述熱泳的規(guī)律。然而，由于熱泳機理復(fù)雜，涉及雙電層離子輸運、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)律存在爭議。近年來，采用溫度梯度進(jìn)行局部納米藥物遞送以及通過光熱效應(yīng)進(jìn)行顆粒運動操控等新技術(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。

　　中國科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國家重點實驗室微納流動研究團(tuán)隊設(shè)計微流控芯片建立0.05-0.1K/mm的均勻穩(wěn)定的溫度梯度（圖1），通過系統(tǒng)的實驗測量發(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，邊界表面會在溫度梯度下發(fā)生熱滲，忽略該流動會導(dǎo)致對顆粒熱泳的方向和量級做出錯誤的評估（圖3），同時，實驗采用疏水高聚物材料作為壁面，發(fā)現(xiàn)滑移作用可導(dǎo)致熱滲流提高一個量級以上；通過對不同生物顆粒（細(xì)胞外泌體和蛋白質(zhì)納米顆粒）的實驗發(fā)現(xiàn)，顆粒表面疏水性也會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)律的爭議，提出了通過表面疏水性大幅增強熱泳/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)所和中科院國家納米科學(xué)科學(xué)中心合作完成。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點研究計劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（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)實驗測量結(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，而通過邊界滑移可以進(jìn)一步增強該熱滲

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)

來源：力學(xué)研究所