基于摩擦纳米电机的自供电微流控系统实现微流控装备的便携化

据麦姆斯咨询报道，近日，哈尔滨工业大学机电学院任玉坤教授团队在自供电微流控系统研究方面取得重要进展。研究成果以《基于摩擦纳米电机的自供电介电泳微粒操控平台》（A Self-Powered Dielectrophoretic Microparticle Manipulation Platform Based on a Triboelectric Nanogenerator）为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。该研究成果为微流控技术在缺少电源供应的灾后检测、欠发达地区应用等方面提供重要技术支撑。

微流控技术又称“芯片实验室”，是可在微纳米尺度管道内处理或操纵微小流体的多学科交叉技术，在化学、流体物理、微电子、新材料和生物医学工程等领域均展示出巨大潜力。值得一提的是，微流控芯片在新型数字聚合酶链式反应、液体活检等医学检测领域正在进行新的技术变革。然而，从工程技术角度而言，实现该功能通常需要较大的电源供应、显微镜系统等辅助设备支持，因此，微流控装备的便携化是其大范围应用的关键。

针对此问题，研究团队将摩擦纳米电机引入微流控研究领域。由于摩擦纳米发电机是可持续电源，能充分利用自然环境中的机械能（如风能、波浪能等）持续输出电子，可有效避免传统大型电源的使用，实现微流控装备的便携化。该研究成果由摩擦纳米发电机、整流滤波电路和微流控芯片3个部分组成。整流滤波电路将电机产生的高压交流信号转化为直流信号施加在微流控芯片上，通过介电泳技术，成功实现标准微米颗粒及生物细胞高效分离，验证了该研究的合理性。

自供电介电泳微粒操控平台示意图

蛇形通道内聚苯乙烯微粒聚集效果仿真和实验对比图

两种聚苯乙烯微粒分离效果仿真和实验对比图

在便携式检测平台上进行细胞分离结果图

哈尔滨工业大学机电学院2020级博士研究生周健为论文第一作者。任玉坤教授为论文唯一通讯作者。哈尔滨工业大学为论文唯一通讯单位。哈尔滨工业大学机电学院陶冶老师、硕士研究生薛睿为论文共同作者。

该研究获得国家级青年人才基金、国家自然科学基金、哈尔滨工业大学“理工医交叉研究项目”等经费支持。

审核编辑：郭婷