微、小尺度流体操控在化学、生物、医学等多个领域发挥着重要作用。相比于微流控和纳流控，管道尺寸在毫米量级的毫流控有其不可替代的优势。流体器件的管道通常为致密连续的固体材质，能够很好地封闭样品但同时也阻碍了样品与外界的相互作用。本工作提出了一种操作简易、材料普适的液体塑形方法，制备出了器壁为微/纳米颗粒的液体管道，并结合蠕动泵/注射泵实现了开放式毫流控。
图1. 颗粒管道的制备和重构。(A)利用液滴辅助间接实现液体弹珠的融合；(B)液体弹珠融合机理；(C)利用多个液体弹珠融合获得颗粒管道；(D)由两种颗粒（二氧化硅微米球和碳纳米管）制备的环形管道；(E)利用塑料片推动支路管道向前移动实现管道系统重构。
<iframe allowfullscreen="" class="video_iframe rich_pages" data-cover="http%3A%2F%2Fmmbiz.qpic.cn%2Fsz_mmbiz_jpg%2FHnzTyO8oLAkOyp0nwHuwQIvDG8yF3jZhIFBs4mibGY8lanNY2gnqUDWcpUuHADictdXLiabz8DPkAOObFbqoWc2GA%2F0%3Fwx_fmt%3Djpeg" data-mpvid="wxv_3005086016082575361" data-ratio="1.7391304347826086" src="http://www.cnmhg.com/e/admin126459646/showimg.php?url=https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_3005086016082575361" data-vidtype="2" data-w="640" frameborder="0" style="border-radius: 4px;"></iframe>
<iframe allowfullscreen="" class="video_iframe rich_pages" data-cover="http%3A%2F%2Fmmbiz.qpic.cn%2Fsz_mmbiz_jpg%2FHnzTyO8oLAkOyp0nwHuwQIvDG8yF3jZh1RWsbWiaBoWAsCXFFXO2aeicYNS8eLL7Le6LgZqFhZiaLlqaKfoNxJrzQ%2F0%3Fwx_fmt%3Djpeg" data-mpvid="wxv_3005086619693252611" data-ratio="1.7391304347826086" src="http://www.cnmhg.com/e/admin126459646/showimg.php?url=https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_3005086619693252611" data-vidtype="2" data-w="640" frameborder="0" style="border-radius: 4px;"></iframe>
视频
2
基于颗粒管道开放性和可切割性所进行的物质添加、分离及混合
所制颗粒管道具有通透性和自愈合性，注射器/泵管可以在管道的任意位置插入、拔出，而不会造成液体泄露，从而为物质的添加、提取和干预提供了巨大便利。这些颗粒管道还能在极短的时间内进行重构、拼接和切割，并在这个过程中保持液体不泄露。此外，颗粒的选择非常广泛，只要具有良好的疏水性，颗粒自身的成分、尺寸、形状都不会限制颗粒管道的制备，这就从颗粒的角度为毫流控的功能设计增加了抓手。以上这些特点打破了常规固体管道的很多限制，为基于流体操控的各类研究提供了原始性创新力。
图2. 颗粒管道毫流控系统的建立和流场调控。(A)颗粒管道与蠕动泵相连构成开放式毫流控器件；(B)石松粉颗粒管道中的红色染料随液体循环流动实现均匀分布；(C)利用颗粒管道的开放性，可以轻易调整泵管的插入位置和方向从而实现流场调控。
图3. 颗粒管道毫流控器件的工作效率和安全性。(A)不同尺寸的颗粒管道；(B)颗粒管道的宽度、高度与制备该管道的液体弹珠体积之间的关系；(C)不同体积液体弹珠所制颗粒管道中染料分布的均匀性随液体流动时间的变化；(D)小尺寸颗粒管道毫流控器件在高流速条件下的变形、破裂过程；(E)颗粒管道的变形、破裂机制。
图4. 基于颗粒管道毫流控的细胞3D培养和细胞吞噬。(A)利用颗粒管道的抗粘附性这一本征属性实现了管内肿瘤细胞的3D生长；(B)3D生长后的细胞球转移到培养皿中再进行贴壁生长；(C)细胞直接在培养皿中生长产生的贴壁行为；(D)利用管道融合与循环流动实现肿瘤细胞与细胞外囊泡的均匀混合；(E)共培养4小时后肿瘤细胞充分吞噬了细胞外囊泡。
本工作还通过实验和计算仿真手段研究了颗粒管道中的流动特性、混合特性以及管道自身的安全性，了解这些基本特性对实际应用而言具有重要意义。最后，本工作通过物质输运、混合与分离、肿瘤细胞3D培养、细胞吞噬细胞外囊泡等案例研究，展示了基于颗粒管道的毫流控在化学、生物学等领域的应用价值及独特优势。
西工大李晓光副教授为论文的第一作者和通讯作者，劳伦兹伯克利国家实验室的Thomas Russell教授为共同通讯作者。
https://doi.org/10.1073/pnas.2302907120
李晓光，博士，西工大物理学院副教授，博导，陕西省液体物理研究中心学术带头人。长期从事非浸润系统和复杂液体研究，重点关注多相界面复杂液体（液体弹珠、液体橡皮泥）的制备、特性和应用。创立了空气环境中的液体塑形方法（
Chem. Commun
.
2013
,
49
, 10016），使液体可以像固体一样任意塑形，由此提出了“液体橡皮泥”的概念，并围绕液体塑形问题开展了持续性研究。此外，围绕液体弹珠、超疏水表面、超滑表面的力学特性开展了系列工作。主持国家自然科学基金3项，以第一/通讯作者在
PNAS、Nat. Commun.、ACS
Appl. Mater. Interfaces、Chemical Engineering Journal、Appl.
Phys. Lett.、Soft Matter
等期刊发表论文三十余篇。招收凝聚态物理学、材料物理与化学、材料工程专业的硕士生和博士生，以及生物医学/生物化学背景的博士后。
教师主页:
https://teacher.nwpu.edu.cn/08E654706A784A0FAD23956085D12FAB.html
