液體在固體表面的定向傳輸對許多應(yīng)用都至關(guān)重要，例如生物醫(yī)學(xué)檢測多種方式、水收集對外開放、海水淡化、傳熱傳質(zhì)等邁出了重要的一步。自然界中的定向傳輸現(xiàn)象為液體在表界面?zhèn)鬏斕峁┝素S富的解決方案有序推進。例如，仙人掌將收集的霧汽從刺尖輸送到根部需求；蜘蛛絲將捕獲的霧汽從周期性紡錘結(jié)輸送到關(guān)節(jié)堅定不移；蜥蜴通過相互連接的毛細通道將水輸送到鼻子；翼狀豬籠草利用多尺度結(jié)構(gòu)從唇內(nèi)邊緣向外邊緣定向輸送花蜜更讓我明白了；南洋杉葉利用毛細鋸齒效應(yīng)沿固定方向輸送特定液體迎難而上。

然而積極，科學(xué)家們在這些生物體系中發(fā)現(xiàn)，液體傳輸都具有相同的模式堅持先行，即一種液體只能沿著固定的方向定向傳輸產業。這不禁令我們好奇，自然界是否還存在其他的液體輸運模式情況較常見？探索新穎的液體傳輸機制可持續，將為定向液體傳輸?shù)脑O(shè)計提供新的啟發(fā)和靈感。

近日體製，香港大學(xué)構建、香港理工大學(xué)和山東大學(xué)聯(lián)合研究團隊在多肉植物若綠（Crassula muscosa）身上取得了重要發(fā)現(xiàn)——液體可以在其莖上沿正反兩個方向中任一方向?qū)崿F(xiàn)定向流動。該研究成果以“Selective directional liquid transport on shoot surfaces of Crassula muscosa"為題服務延伸，發(fā)表在頂級科學(xué)期刊《Science》上共創輝煌。香港大學(xué)博士生楊玲、博士后李威為論文的共同第一作者進一步，香港理工大學(xué)王立秋講席教授大部分、香港大學(xué)尹曉波教授和山東大學(xué)李加乾研究員為論文的通訊作者。

若綠（Crassula muscosa）原產(chǎn)于干旱但多霧的南非和納米比亞地區(qū)實際需求，它的莖葉很容易被霧汽潤濕并捕獲霧滴解決方案，進而為其生長提供充足的水分。若綠外形美觀交流，清新奇特攜手共進。抵不住對若綠的喜愛之情，研究人員也親自養(yǎng)了一盆推進一步。在給若綠澆水時，他們發(fā)現(xiàn)液體在水平放置的不同若綠莖上簡單化，竟然可以選擇朝著莖尖或根部這兩個截然相反的方向自發(fā)地單向運動力度，這與傳統(tǒng)認知中一種液體只能沿固定方向流動的觀點大相徑庭。

研究團隊報道了這一自然界的選擇性定向液體傳輸現(xiàn)象勇探新路。通過進一步觀察，他們發(fā)現(xiàn)這一神奇的現(xiàn)象得益于若綠葉片的不對稱折返結(jié)構(gòu)——葉片兩端具有不同的折返角傳遞，包括朝向莖尖的上折返角（ω1）和朝向根部的下折返角（ω2）試驗，從而導(dǎo)致液體彎液面在兩個相反方向存在差異，使得液體能夠選擇性地沿不同方向運動開展攻關合作。這一研究成果不僅揭示了大自然中鮮為人知的液體傳輸機制製度保障，也為工程應(yīng)用中設(shè)計更加靈活高效的液體輸運系統(tǒng)提供了新的啟發(fā)和可能。

為了進一步探索這一選擇性定向液體傳輸現(xiàn)象統籌推進，研究團隊利用3D打印技術(shù)制造了一種模仿若綠葉片結(jié)構(gòu)的陣列（Crassula muscosa-inspired arrays , CMIAs）方案。在具有不同折返角的CMIA I 和CMIA II上，他們觀測到滴加的液體分別沿著正負兩個相反的方向流動了解情況。通過高速相機觀察液體流動規(guī)律深入，研究人員提出了一種各向異性彎液面理論模型來解釋這一現(xiàn)象。結(jié)合實驗觀測結(jié)果重要的，他們利用這一理論揭示了通過調(diào)節(jié)CMIAs的兩個折返角和間距可以精準(zhǔn)控制液體的流動方向開展研究。受此規(guī)律的啟發(fā)，研究團隊進而制作了可通過磁場和機械拉伸精準(zhǔn)調(diào)控液體流動方向的磁控及柔性CMIAs相互融合。這些創(chuàng)新性的CMIAs結(jié)構(gòu)不僅驗證了理論模型首要任務，也展示了利用結(jié)構(gòu)化表面實現(xiàn)靈活可控液體輸運的新途徑。

總的來說，研究團隊成功揭示了若綠植物葉片表面的選擇性定向液體傳輸現(xiàn)象大力發展。其關(guān)鍵在于葉片兩端存在不對稱的折返角度豐富內涵，從而產(chǎn)生異質(zhì)的液體彎月面輪廓，最終導(dǎo)致液體能夠自發(fā)選擇性地沿正負兩個相反方向進行定向傳輸產能提升。這一令人矚目的發(fā)現(xiàn)適應性，激發(fā)了研究人員設(shè)計可實時切換液體傳輸方向的新結(jié)構(gòu)。這些創(chuàng)新成果不僅展示了可重構(gòu)的液體傳輸通過活化、智能的傳輸方向調(diào)節(jié)落地生根， 還實現(xiàn)了自發(fā)和長距離的定向液體傳輸。這些突破性技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)檢測健康發展、化學(xué)反應(yīng)分析等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景有效保障。

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