受 hummingbird 启发的纤维-毛 capillary 级联流体捕获

被动且有效的微小尺度流体捕获和输运对于工业和医疗应用至关重要,尤其是实现点 care 检测试剂。完成此类检测涉及多个步骤,包括生物流体捕获、分装、与试剂在流体-器件界面上的反应以及结果读取。理想情况下,这些检测必须快速进行,且具备大比表面积以实现快速且精确的诊断,同时使用更少的流体。上述约束常常相互矛盾，因为高比表面积意味着高的液压阻力,从而降低流速。以 hummingbird 进食机制为灵感,我们提出了一种节约型流体捕获装置,利用纤维-毛(capillary)变形实现快速液体输运、分装和高约束状态下的捕获。该装置的层次设计 — — 由垂直沟槽堆叠而成的弹性薄片 — — 实现了两步级联流体捕获。每个单元沟槽都模拟 hummingbird 的舌头,当润湿液体渗透时因毛 capillary 力而闭合,从而使整个装置呈管状闭合,其中捕获了额外的液体。通过弹性、毛 capillary 和粘性流动的耦合,我们既在液体稀缺时 — — 握管和毛 capillary 上升 — — 也在液体充足时 — — 完全插入 — — 阐释了流体-结构相互作用。通过对沟槽表面进行功能化,该被动装置可同时实现点 care 检测试剂的所有步骤,为微纳流体捕获和输运的装置设计开辟了道路。