MIT科學家用水珠撐起未來微機電系統的一片天

來自麻省理工學院（MIT）研究人員對此給出了一個新的解決方案，他們製造的儀器活動部件之間不再直接接觸，這樣便有效地防止了機器磨損與故障。

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這項系統使用了一層液滴來支撐起一個可移動的微型平台。這些液滴可以是水，也可以是其他的液體。通過對液滴的尺寸形態的控制，可以精準地控制與調動微平台的運作。通過電力控制液滴就可以讓該平台向上、向下或者傾斜移動。

這項研究成果的相關論文發表在《應用物理學快報》（Applied Physics Letters），論文作者包括了MIT研究生丹尼爾·普里斯頓（DanielPreston）與機械工程學副教授艾弗林·王（Evelyn Wang），以及其他五位成員。

普里斯頓解釋說這項新的系統可用於儀器製造的不同階段，例如顯微鏡的樣品台。顯微鏡的對焦就可以通過調節液滴的形態來完成。

這項系統的運作方法是基於更改液滴與平台表層的接觸角度。液滴在親水的表面上會變扁，進而形成一個極小的接觸角。反過來，如果材料是疏水的，那麼液滴便會保持一個較完整的球體形狀，從而形成一個非常大的接觸角。而在某些絕緣體材料的表面，可以通過調節外加電壓的方法來控制液體的「親/疏水性，以達到調節水珠形狀來的目的。

假如材料面是疏水的，液滴便會拱起，進而將整個平台都抬高。MIT的研究者們用一層薄銅片演示了這種情況。「也就是說，我們只是調整水珠的大小與形態便可以相應的調節所需要的平台角度。普里斯頓說道，「現在有很多實驗都需要用到激光，因此我們的微動裝置會給他們帶來很大的幫助。

為了能夠讓液滴保持形態而不至於直接滑走，研究團隊把可移動微平台的底面也徹底改造了一番。儘管接觸面的材料幾乎都是疏水的，但是因為在其中植入了很多微小的親水性性圓形材料，這麼一來，水珠就可以安全的被「釘在平台的表面上了。

在最初的測試里，垂直方向的精度可以達到10微米，也就是百萬分之一米，而最大的操控範圍則可以達到130微米。

普里斯頓介紹說：「MEMS常常因為固體表面間的接觸而磨損，甚至還有可能卡住。在這麼微小的運作層面上，東西非常容易壞。雖說我們這項技術並非是什麼新鮮事，但是還沒有用它來移動過一個平台。我們所做出的真正創新點則是在沒有固體材料的鏈接下，成功將一個平台上下移動，甚至還可以做到改變角度。

從原理上來看，如果用上大型的電極陣列，除了可以讓平台的上下移動以外，還能實現一些更為精確的操作。比如說，這個陣列可以應用於在「晶元實驗室(Lab on a chip)，將生物樣品從一個測試晶元「搬運到下一站去。

普里斯頓還表示，這項系統能夠很快用於現實中的某些特定應用上。他還補充道：「（到底會有多塊）要取決於人們對此的熱情，但是我個人看來這項研究的大面積使用是沒有什麼問題的，我想在一年之內應該就可以實現。

加州大學的機械航空工程學教授Chang-Jin Kim雖然沒有參與這項研究，但是他也指出：「在微觀尺度下的操控是相當困難的，因為那些常用的發動機或者變速裝置是沒有微版本的，再說了，就算它們真的有，那也是相當脆弱而且摩擦力較大的。所以在這種前提下，利用液滴來充當一個機械元素也是情理之中。當然，在這項研究成為實際以前，還有一系列的問題亟需解決，但不得不說這已經是一個相當具有說服力的起點了。

印度理工學院的納米科學與工程中心的教授普羅森系特·森（Prosenjit Sen）對此也做出評論：「這個解決方法更簡單了，因此將其應用於實際操作範疇下可以有效地節約成本。此外，液滴來支撐平台還能起到一定的避震效果，這在以前的全固態平台上時完全不可能的。