膜過濾和分離已廣泛應用于生物醫(yī)學、水和環(huán)境相關的領域設施。在水凈化和廢水過濾過程中全過程，濾膜的孔隙結(jié)構僅允許凈化水通過，而固體微顆粒（如微塑料）核心技術、油滴及其他污染物被膜阻擋，由此帶來的膜污染和堵塞一直是有效水過濾的主要瓶頸主動性。為此創造性，來自哈利法大學的李紅霞博士及其所在的張鐵軍教授團隊，提出了一種仿生抗堵塞濾膜體系，創(chuàng)造性的利用微立體光刻技術直接將魚類的鰓耙結(jié)構打印在濾膜表面以達到抗（耐）堵塞的目的保障性。

海洋中多數(shù)魚類是采用過濾機制來進食的：其將水和浮游生物等食物顆粒吞入口中，在水通過密集排列的鰓耙結(jié)構時責任製，食物顆粒會被篩選留在口腔中十分落實。研究發(fā)現(xiàn)，當水流通過鰓耙結(jié)構排出體外時會形成漩渦有序推進，即使體積非常小的食物顆粒也會因此從鰓耙頂部彈出并返回口腔（如圖1所示）設施。類似的，若將食物顆粒想象成為污水中的污染物顆粒堅定不移，利用相同的彈回機制組合運用，就會大大減少污染物與濾膜表面接觸的機會，從而有效減少膜污染和堵塞迎難而上。

為了將鰓耙結(jié)構集成到濾膜表面積極，該團隊發(fā)明了一種直接在濾膜表面打印復雜三維結(jié)構的技術。在該工作中堅持先行，他們利用面投影微立體光刻3D打印系統(tǒng)（nanoArch S130產業，摩方精密），制造了一種“魚鰓”濾膜并進一步集成在微流控器件（圖2）中來快速測試抗堵塞過濾效果情況較常見。直接膜上3D打印技術最大的優(yōu)點在于這種一體化的器件在打印結(jié)構-膜界面處具有自密封屬性可持續，無需額外組裝。此外體製，不僅濾膜構建，其他多孔材料如金屬微網(wǎng)等也可以很容易地嵌入到 3D打印的器件中創新科技。

圖1. 擬海洋魚類捕食過濾機制的仿生抗堵塞濾膜

圖 2 直接膜上3D打印技術制作的“鰓耙”濾膜微流控器件

為測試“鰓耙”濾膜的抗堵塞性能，我們選擇了兩個*挑戰(zhàn)性的廢水處理問題：表面活性劑穩(wěn)定的乳液和塑料微顆粒共創輝煌。它們的形態(tài)和顆粒/液滴尺寸分布如圖 3 所示具有重要意義。為了比較，我們還選取了沒有任何表面結(jié)構的普通商用濾膜作為參考精準調控。如預期功能，當過濾塑料微粒時應用的因素之一，普通濾膜的滲透通量在 10 分鐘運行內(nèi)急劇下降至其初始通量的 40%解決，而“鰓耙”濾膜可以保持高達80%的初始通量。此外敢於監督，隨著主流速度的增加幅度，高滲透通量的持久性也明顯被延長。

研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)：“鰓耙“濾膜的非凡防污/防堵性能源于過濾過程中污垢液滴/顆粒的*流動行為重要的作用。在研究中貢獻，濾膜微流控器件同時憑借其流動可視化揭示了抗堵塞的流體動力學機制。圖 4 顯示了油滴和塑料微粒在光學顯微鏡下通過鰓形結(jié)構上方時的流動軌跡穩中求進。研究發(fā)現(xiàn)當液滴接近一個鰓結(jié)構單元時統籌，它被滲透流夾帶到間隙（ t = 0.02 到 0.08 s，藍色圓圈標記）勇探新路。然而單產提升，由于渦流（紅色圓圈標記，t = 0.10 s）試驗，液滴從間隙彈回并返回主流（t = 0.10 到 0.12 s）勞動精神。這樣，即使液滴尺寸遠小于兩個鰓耙間縫隙製度保障，它也不會接觸到濾膜表面造成濾膜污染或堵塞預下達。

目前，該團隊獨.創(chuàng)的濾膜基底3D打印技術已申請國際專利統籌推進。四川大學的袁紹軍教授方案、麻省理工學院Nicholas X. Fang教授對此工作改進完善也有貢獻。

圖3 在過濾油水混合物和塑料微顆粒時“鰓耙“濾膜的抗堵塞性能

圖4 通過流動可視化揭示的“鰓耙“濾膜抗堵塞的流體動力機制