基于摩擦電納米發(fā)電機(jī)的自供電微流控平臺(tái)

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院任玉坤教授團(tuán)隊(duì)在自供電微流控系統(tǒng)研究方面取得重要進(jìn)展。研究成果以“A Self-Powered Dielectrophoretic Microparticle Manipulation Platform Based on a Triboelectric Nanogenerator”為題，發(fā)表在Advanced Materials期刊上。該研究成果為微流控技術(shù)在缺少電源供應(yīng)的災(zāi)后檢測(cè)、欠發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)用等方面提供重要技術(shù)支撐。

微流控技術(shù)又稱“芯片實(shí)驗(yàn)室”，是可在微納米尺度管道內(nèi)處理或操縱微小流體的多學(xué)科交叉技術(shù)，在化學(xué)、流體物理、微電子、新材料和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域均展示出巨大潛力。值得一提的是，微流控芯片在新型數(shù)字聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、液體活檢等醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域正在進(jìn)行新的技術(shù)變革。然而，從工程技術(shù)角度而言，實(shí)現(xiàn)該功能通常需要較大的電源供應(yīng)、顯微鏡系統(tǒng)等輔助設(shè)備支持，因此，微流控裝置的便攜化是其大范圍應(yīng)用的關(guān)鍵。

針對(duì)此問(wèn)題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將摩擦納米電機(jī)引入微流控研究領(lǐng)域。由于摩擦納米發(fā)電機(jī)是可持續(xù)電源，能充分利用自然環(huán)境中的機(jī)械能（如風(fēng)能、波浪能等）持續(xù)輸出電子，可有效避免傳統(tǒng)大型電源的使用，實(shí)現(xiàn)微流控裝置的便攜化。該研究成果由摩擦納米發(fā)電機(jī)、整流濾波電路和微流控芯片3個(gè)部分組成。整流濾波電路將電機(jī)產(chǎn)生的高壓交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)施加在微流控芯片上，通過(guò)介電泳技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)微米顆粒及生物細(xì)胞高效分離，驗(yàn)證了該研究的合理性。

自供電介電泳微粒操控平臺(tái)示意圖

蛇形通道內(nèi)聚苯乙烯微粒聚集效果仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖

兩種聚苯乙烯微粒分離效果仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖

在便攜式檢測(cè)平臺(tái)上進(jìn)行細(xì)胞分離結(jié)果圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院2020級(jí)博士研究生周健為論文第一作者，任玉坤教授為論文唯一通訊作者，陶冶老師、碩士研究生薛睿為論文共同作者。該研究獲得國(guó)家級(jí)青年人才基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、哈爾濱工業(yè)大學(xué)“理工醫(yī)交叉研究項(xiàng)目”等經(jīng)費(fèi)支持。

論文鏈接： https://doi.org/10.1002/adma.202207093

審核編輯 ：李倩