基于植物仿生原理的微流体原片驱动新机制研究

本项目提出以植物仿生原理为基础开展微流体器件的原片驱动技术的研究。包括仿生驱动的相关机理、模型、结构、实现方式等问题。首先对植物输运水份的动力机理建立仿生模型，引入力调控因子结合逆向分析方法定位微观动力来源和起因。然后对木质部、叶片进行结构仿生研究，提出疏水性/亲水性复合连接结构、类叶肉细胞壁空间弯月结构、并行－疏流结构、脉管散流结构等几种仿生结构，进行仿生结构设计。在对每种仿生结构的理论分析基础上，实际制作仿生结构。最后进行流体介质的输运模拟实验。预期明确远距离微通道输运流体的动力来源，获得仿生结构－动力的耦合特性，以及实现最大化输运效率的仿生结构传动特性。研究结果将有助于今后实际的微流体原片驱动技术的研发，对植物生理学的研究也有所帮助。

微流体器件的驱动技术是它下一步发展的基础和应用需解决的关键问题。现有的众多驱动方法如压力泵、电渗泵、MEMS薄膜泵等等存在驱动压力有限、体积大、工作稳定性不够等一些问题，不利于缩微集成的根本目标，限制了应用的发展。本项目提出创新性的驱动方法——植物仿生驱动，并展开机理性研究。本项目的工作围绕三个方面展开：一是植物长距离垂直输水机理的研究，这是本项目的关键和难点。二是实物模拟实验：以实际器物来模仿研究植物输水的机理。三是芯片仿生驱动的初步实验，即在芯片上初步进行仿生驱动的流体实验。. 通过项目研究，获得主要的研究结果包括：1.定位动力来源部位。通过植物自身实验，基本判断了茎自身为完成输水功能的主体力源部位。这与植物生理传统认识将叶片或根系作为主要动力源位置有一定差异。2.通过显微观察实际获得导管内气穴产生和修复的过程。3.实物模拟实验实现了一定高度的无外加动力泵驱动，但尚不能达到预期的高度，并由此判断植物输水模型。4.初步的芯片仿生研究采用超亲水机制作为植物仿生机制之一，实验可达到较高的驱动速率。