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  近年來(lái)，基于液滴的微型反應(yīng)器因其在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，以及在材料合成和生物診斷方面的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用，已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。對(duì)于這些小型化化學(xué)反應(yīng)器中的微妙反應(yīng)而言，化學(xué)品的精確和自動(dòng)化的進(jìn)料是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。然而，目前要實(shí)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)，要么需要復(fù)雜的高成本微流體裝置，要么需要犧牲液滴運(yùn)動(dòng)的能力。因此，設(shè)計(jì)一種易于制造和自動(dòng)操作的表面裝置，使化學(xué)品能夠以可編程方式送入具有出色流動(dòng)性的液滴中，這仍然是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

  近日，俄亥俄州立大學(xué)王曉光教授團(tuán)隊(duì)與普渡大學(xué)包小平教授課題組合作設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于熱致液晶(LC)的開放表面平臺(tái)，該平臺(tái)可以將化學(xué)試劑封裝起來(lái)，以便將來(lái)通過(guò)LC相變釋放到表面上的液滴中。得益于其天然疏水性和自愈特性，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的基于LC的開放式表面平臺(tái)被證明是模塊化的——其中裝載了不同化學(xué)試劑的LC表面可以自由組裝，以編程釋放到表面上液滴中的化學(xué)試劑的順序和數(shù)量——從而實(shí)現(xiàn)各種連續(xù)和平行反應(yīng)以及材料合成，包括水滴內(nèi)的納米粒子結(jié)晶和高分子（共）聚合。此外，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開發(fā)了一種LC表面基設(shè)備，該設(shè)備易于操作，并使用液滴作為載體來(lái)自動(dòng)控制細(xì)胞信號(hào)調(diào)節(jié)劑的喂養(yǎng)，以便同時(shí)將人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）分化為不同的細(xì)胞類型，例如內(nèi)皮祖細(xì)胞和心肌細(xì)胞。總體而言，這項(xiàng)工作中報(bào)告的進(jìn)展為液滴載體和反應(yīng)器的新型的基于LC的開放表面提供了設(shè)計(jì)原則，為實(shí)現(xiàn)用于材料合成和再生細(xì)胞治療的前所未有的可控性，響應(yīng)性和自動(dòng)化水平提供了機(jī)會(huì)。該工作以“Modularizable liquid crystal-based open surfaces enable programmable chemical transport and feeding using liquid droplets”為題發(fā)表在《Advanced Materials》 期刊上（DOI: 10.1002/adma.202108788）。文章的第一作者是俄亥俄州立大學(xué)博士后研究員徐洋博士。

圖1 基于LC的開放表面平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

圖2 基于LC開放表面的化學(xué)物質(zhì)釋放和可控納米粒子合成。

圖3 基于LC開放表面的模塊化設(shè)計(jì)及其連續(xù)化學(xué)反應(yīng)的演示。

圖4 基于LC開放表面的模塊化設(shè)計(jì)及其平行化學(xué)反應(yīng)的演示。

圖5在基于LC開放表面上的液滴反應(yīng)器中合成聚合物。

圖6通過(guò)液滴載體在LC表面設(shè)備上進(jìn)行自動(dòng)化學(xué)進(jìn)料，從而對(duì)hiPSCs進(jìn)行定向分化。 

  該工作是王曉光教授團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于液晶基開放表面的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。熱致液晶(LCs)，是一種各向異性的流體，其組成分子中的長(zhǎng)程取向序和位置序?qū)ν饨绱碳つ苷宫F(xiàn)快速的響應(yīng)性。在過(guò)去的三年中，該團(tuán)隊(duì)正是利用LCs的這一特性，從理論研究到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步開發(fā)出了一系列LC基功能化平臺(tái)和器件（Science Advances 2021, 7, eabi7607; Advanced Materials 2022, 2110085; Cell Reports Physical Science 2020, 1, 100276.）。這些開創(chuàng)性的工作為各向異性液體基開放表面的制備提供了新的設(shè)計(jì)原則，使其具有廣闊的應(yīng)用前景，包括液滴基化學(xué)合成和醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202108788