设计先进的仿生表面进行水下气泡操纵在纳米材料的合成、表面除污、生物医学诊断和治疗等领域，具备广泛的应用前景。虽然，许多超疏水表面和基于各向同性润滑剂的光洁表面已经被开发用来操纵水下气泡，但是，设计一种刺激响应性的表面实现气泡在水下的粘附和传输的同步控制仍然是一个挑战。
近日，俄亥俄州立大学王晓光教授团队与普渡大学包小平教授课题组合作在《Advanced Materials》期刊上发表了题为"Stimuli-Responsive Liquid-Crystal-Infused Porous Surfaces for Manipulation of Underwater Gas Bubble Transport and Adhesion"的文章（DOI: 10.1002/adma.202110085）。热致液晶(LCs)，是一种各向异性的流体，其组成分子中的长程取向序和位置序对外界刺激能展现快速的响应性。该团队正是利用LCs的这一特性，发现了基于液晶的光洁表面能结合超疏水表面和基于各向同性润滑剂的光洁表面的优点于一身，并且可以利用外部刺激，如热，光，以及化学物质，来改变表面LC的相态，进而实现水下气泡的按需附着，运输，以及释放。
文章中报告的结果揭示了该团队新设计的液晶基光洁表面的各种关键功能和内在特征，包括依赖于LC中间相态的气泡附着能力。通过操控LC中间相态的转变，在浮力的辅助下，水下气泡在液晶基光洁表面的滑动和附着（固定）状态是能够可逆控制的。更为重要的是，这种系统为使用水下气泡实现前所未有的多刺激响应的功能提供了契机，包括受蓝藻启发的物体运动和智能催化，可感应和分类挥发性有机物污染的气泡，和获得肿瘤生物学的体内低氧微环境新药的研究、开发和筛选。此外，这类系统对各种基材具备通用性，并具备良好的水下稳定性以及物理、化学耐受性，为未来水下气泡的的先进应用提供非常好的基础。
图一 液晶基光洁表面的设计以及对水下气泡的可控操纵。
图二 液晶基光洁表面的稳定性测试及其通用性。
图三 水下气泡在液晶基光洁表面的附着和释放及其在物体运动和智能催化方面的应用。
图四 利用液晶基光洁表面设计水下气泡阀门及其在感应和分类挥发性有机物污染的气泡和肿瘤生物学方面的应用。
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