[发明专利]一种适用于流体界面上微小物体组装和重构的方法及其应用

说明书

本发明提供一种适用于流体界面上微小物体组装和重构的方法及其应用，利用微小物体在液面上的光致形状变化使执行器周边液体界面产生形变，利用液体界面形变诱导产生的毛细作用力来调控多个执行器相互之间吸引或排斥力，从而实现微小物体的程序化组装和重构，不仅可以在气液界面上进行图案化的组装和重构，还可实现在多层液体界面上进行独立组装和重构，甚至可以实现在多层液体界面上进行三维协同组装。这种全新的方法在微机械系统、生物医学设备和超材料等领域具有可观的潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及微小物体组装重构领域，具体的，涉及一种利用执行器在液面上的光致形状变化使微小物体周边液体界面产生形变，利用液体界面形变诱导产生的毛细作用力来调控多个微小物体相互之间吸引或排斥力，从而实现微小物体的程序化组装和重构的方法。

背景技术

在液体表面上可编程组装微小物体在许多方面都是至关重要的，从相关的功能材料和器件的制造到对生物系统的基本理解都与其息息相关。

微小物体和液面之间的毛细作用会引起界面畸变并产生毛细作用力来吸引或排斥附近的物体，这提供了一种强大的手段来组装具有各种几何形状和大小的物体。然而，由于物体的毛细相互作用是由其表面的化学成分和几何结构决定的，故在过往的大多数研究中，毛细相互作用通常都被用来组装固定形状的物体，一旦物体被放置在液体表面就会发生设定条件的自组装，而最终组装形状由分散物体的初始位置决定。

到目前为止，由于难以动态调整分散物体之间的毛细相互作用，实现浮动系统的可编程组装和重构仍然是一个挑战。最近，人们致力于开发程序化毛细作用力组装技术，使用磁性微工艺或温度响应的三维(3D)形状的水凝胶的梯度膨胀。然而，使用磁性微工艺会全局地驱动凝胶微粒，不能独立地控制组装结构中的单个物体，即组装形式依旧是难以自由调配的,比如《Sci.Adv.3,e1602522(2017)》；而使用温度响应的方式不能重新配置组装的结构，剧烈的温度变化也使其应用受到限制，比如《Adv.Mater.31,1900932(2019)》。

总计而言，目前液面表面的微粒重构组装技术依旧存在诸多限制，换言之，目前还无可自由编辑重构形状的微小物体组装方法。

然而，本发明专利提供了一种生物启发策略，以实现流体界面上二维和三维结构的可重构组装。通过一种简单且可编程的光控方法来调节漂浮的偶氮苯功能化液晶聚合物执行器的变形，由此产生毛细作用力来驱动组装和重构

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于流体界面上微小物体组装和重构的方法及其应用，基于生物启发策略实现微小物体在流体界面上的二维和三维的组装，通过简单且可编程的光控方式调节漂浮的偶氮苯功能化液晶聚合物执行器的变形，使其产生毛细作用力来驱动执行器的组装和重构，进而形成不同的图案。

本发明人经过广泛而深入的研究，利用光致形变智能高分子材料制备了微型执行器，利用微型执行器可以在光的刺激下发生形状变化的特性，通过光照微型执行器使其在液面上向上或向下弯曲产生凸液面或者凹液面，利用形变诱发毛细作用力来调控微型执行器之间实现相互吸引或者相互排斥，进而调控多个执行器组装或重构成不同的图案。和磁性微工艺不同的是，本方案可对单个微型执行器进行单独的调控，进而配合不同的调控策略即可组装不同的图案形状，且可随时任意地调控光的入射位置和角度来调控微型执行器发生不同的形状变化，从而方便的进行不同图案的相互切换。另外，该方式不仅仅可对同一液面上的多个微型执行器进行调控，还可同时对多个执行器在多层液面上的组装，实现三维协同组装。

为实现以上目的，具体的，根据本发明的第一方面，提供一种适用于流体界面上微小物体组装的方法，在本方案实施例中，其中微小物体指可在光照下发生弯曲形变的一切物体，包括以下步骤：

利用光照射流体界面上的微小物体使其发生形变诱导液面产生形变并形成毛细作用力驱动微小物体组装。