泡泡寶寶也能做化學反應，還發了篇 Science

韓國蔚山科技大學基礎科學研究所的 Bartosz Grzybowski 教授及其同事們製成了一種納米表面活性劑系統，可以對光、磁、電三種不同的刺激作出響應，使液滴產生移動，進而組裝成不同的結構，還能夠像機械齒輪一樣轉動並融合在一起。這一研究成果前景誘人，可以作為光誘導墨水用於 3D 列印，或者是控制化學進程的微反應器，堪稱微型化工廠。

• Systems of mechanized and reactive droplets powered by multi-responsive surfactants

  Nature, 2018

  DOI: 10.1038/nature25137

Bartosz Grzybowski

當我們可以在這些小小的液滴中進行一系列化學反應時，我欣喜若狂。

納米科學讓這一切變得簡單——最初我們只是好奇地擺弄一些東西，結果卻非常酷炫。

韓國蔚山科技大學基礎科學研究所研究人員們製作了一種納米顆粒二聚體，彙集了對光、磁和電產生響應的特性。

磁性和非磁性納米顆粒二聚體的設計方案

該二聚體一部分是金（可以用光進行操控），一部分是氧化鐵（具有磁性，對光的反應甚至比金更強）。第二種納米顆粒二聚體中替代氧化鐵使用了非磁性但具有光響應的硫化鉛，在磁響應方面具有更大的靈活性。按照不同的比例將這兩種納米顆粒混合在一起，形成了具有不同磁敏感度的 Janus 液滴。 為了將這些納米粒子二聚體轉化成能夠包裹液滴的表面活性劑，研究人員們接下來對金進行了巰基十一酸官能化，使其具有親水性；而氧化鐵和硫化鉛則修飾了油酸配體，使其疏水。

磁控制

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藍色液滴含有的磁性表面活性劑最多，因此能夠最快聚集在磁鐵附近；黃色液滴的含量最少。

研究人員們通過三種液滴來證明磁控性，這三種液滴分別染成藍色，紅色和黃色以表示不同程度的磁化率。當一個磁鐵靠近這些液滴隨機組成的混合物時，液滴仍然保持完整並形成了一個靶心的形狀。

光控制

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激光會引發液滴對流，發生聚集和旋轉

研究小組發現這些液滴會朝向激光束移動，如果光束接觸到液滴的邊緣，它就開始快速旋轉，同時也會引發相鄰液滴也開始旋轉。

這是由於表面活性劑塗層將一部分激光轉化為熱量，所以液滴會發生移動旋轉。這種局部加熱改變了液滴和溶劑之間的表面張力併產生對流。根據光線聚焦的位置，這些流動會引起一個水平力，將液滴吸引到激光束上，或拖動液滴的表面使其旋轉。

電控制

該團隊還發現電場可以使液滴融合。為了證明該系統在化學反應中的應用潛力，他們通過靜電連接了兩個分別含有紅色染料和鹽酸的液滴，形成了一個啞鈴形的「反應器」。磁鐵固定了液滴反應器後，用激光束加熱表面活性劑，這時液滴內部產生對流將內容物混合。

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利用三個反應器展示了兩個化學反應的時間進程。

Bartosz Grzybowski

我們並沒有設想到這些液滴會在光線下旋轉，並且像機械齒輪一樣傳遞給旁邊的液滴。我猜測，如果兩個液滴互相剪切就會發生合併，但是納米表面活性劑就像一個薄的鎧甲，讓液滴變得非常堅固，防止它們混合。

Grzybowski 教授還設想了一個利用納米反應器系統的微型化學工廠，期間完全不需要藉助物理通道，而是希望利用一張含有設計藍圖的光掩模來製作「虛擬」光路。他解釋說：「液滴會集中到光照區域或虛擬通道附近，然後產生推動。但是為了達到這個目的，就需要一個更好的激光引導系統來移動液滴。我們有一些很酷炫的系統，但現在還需保密。」

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