他叫王宏强,目前在南方科技大学担任副教授。其本硕均毕业于C9高校西安交通大学,随后到东京大学读博。接着,又在美国哈佛大学做了三年的博士后研究。年秋,在外留学7年之后回国,目前任职于南科大机械与能源工程系。
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王宏强(来源:王宏强)
机器人,是其各个成果的核心词,同时伴以“柔性”“微型”“医疗”“仿生”等关键词。此前,他曾研发出超薄柔性攀爬机器人、蜜蜂飞行机器等代表成果。
而前不久,他又研发出了一款软体藤蔓机器人。其中运用到了一项自研技术——软脱模技术。
其具备加工流程简单、所需材料易得、无需溶剂参与等优势,具有较好的普适性。在机器人工程和生物医学工程领域,比如面向介入医疗的微型软体医疗机器人、用于人体内外健康检测的可穿戴式传感器和天线、以及各种微流道芯片和器官芯片等,有着广泛的应用前景。
自然界中植物动物种类繁多、多姿多彩,但是它们有着一个非常重要的特点,即身体构造上都含有微细通道。
例如,人体中大大小小的血管,是我们赖以生存必不可少的器官。植物中也类似,需要导管输运养分。
微型通道一般存在形状复杂、尺度分布广等特点,对于众多生物的生存有着极其重要的意义。
近年来,微通道逐渐成为多个前沿领域的基础技术。比如,微型软体机器人需要微型腔道来分布应力应变实现变形;生物研究的前沿——器官芯片和微流道芯片等,更是依赖不同形状大小的微通道进行流体的操控;而在可穿戴设备和柔性通讯等领域里,微型通道也有着不可或缺的地位。
然而,在现有技术条件下,具有复杂结构的微小通道结构的制作很难。因此,近几十年来这一直是多领域众多科学家竞相攻关的重点和努力的方向。
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软脱模技术的概念图(来源:NatureCommunicationsvolume)
目前,研究者们使用的主要是使用软光刻技术(softlithography),通过液态的硅胶材料复刻模具上的微槽结构,再封上一层硅胶层来形成通道结构。
但是,软光刻的加工需要洁净间、工艺复杂,而且只适用于制备二维方形通道,很难实现不同截面的、三维复杂结构的微通道。
因此,近年来,领域内新兴了不同的微通道加工工艺,主要分成以下三类:溶解模板法、基体溶胀法、和直接3D打印法。
但是,这三种方法均不完美。具体来说:
溶解模板法比较耗时,而且只适用于特定材料,比如丙酮只能溶解丙烯腈丁二烯苯乙烯;
基体溶胀法需要化学试剂的参与,比如用丙酮溶胀聚二甲基硅氧烷(PDMS,polydimethylsiloxane),由于会有化学试剂残留,因此不适合用于生物医疗领域例如器官芯片等;
直接3D打印法虽然可以打印复杂通道,但存在可扩展性差、打印精度不高的问题,而粗糙的表面会增大流体作用的阻力,降低软体驱动器的耐气压能力等,也不能满足现在复杂软体器件的功能需求。
因此,当下亟需一种新型微通道制备工艺,来实现光滑、复杂,高长径比的通道结构的的加工。
被世界顶级期刊看好的方向
在高分子纤维受外力下颈缩的现象启发,该团队创新性地提出了一种简单、快速、无需溶剂参与、并且可以制备复杂高长径比的微型通道的方法——软脱模技术(softdemoulding)。
区别于传统的将硬质模板埋入基体材料再抽出的方法,其将可行变的软质模板引入到了脱模过程中。
在受力情况下,软质模板的截面会变细,进而让软质模板的脱模过程变成一个、对模板形状长度不再敏感的剥离过程,借此极大降低了模板去除过程中所需的外力,适用于在多种软质基体材料,可用于制备复杂的、高长径比的微型通道,并在软体机器人、可穿戴式传感器、器官芯片等领域具备应用潜力。
近日,相关论文以《面向复杂高长径比微通道的自收缩软脱模研究》(Self-shrinkingsoftdemouldingfor