力学所提出基于应变梯度的微纳米颗粒输运机理
微/纳米颗粒的定向输运在微电子机械系统以及生物医学领域有着重要的应用前景。在微纳米机械系统领域，对不同类型的纳米颗粒进行精确操控一直是一个复杂的科学技术问题，需要有新的驱动机理来促进纳米操控技术的进步。在生殖医学领域，受精卵在输卵管中的输运是一个决定受孕成功率以及早期生命健康发育的关键环节，其输运机理存在多种解释，包括输卵管内侧纤毛摆动、输卵管液流动输运以及管壁节段波驱动等，但至今未有定论。为了科学解释受精卵的输运机理，需要深入研究微纳米颗粒的输运问题。
最近，中国科学院力学研究所仿生材料与固体的微尺度力学课题组采用模型实验、理论以及分子动力学模拟方法系统研究了基底表面应变梯度场对基底上的宏/微观物体驱动行为的影响，提出了一种新的基于应变梯度的驱动机理，该机理在宏观、微观以及纳米尺度下均成立。主要成果如下：
（1）宏观模型实验（图1）证实了乳胶泡在粘弹性基底的弹性应变梯度场驱动下会发生定向滚动。并且在理论上指出了滚动的主要影响因素、给出了滚动驱动力的封闭解（Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2014, 123, 49-52；J. Appl. Phys. 2014, 116, 164701）。
（2）分子动力学模拟证实了纳米颗粒在应变梯度场的驱动下也可以发生定向运动，如图2所示。驱动力由基底应变梯度场的大小决定（Scientific Reports, 2015, 5, 13675）。
该项研究提供了一种新的纳米颗粒的输运控制机理，为相关技术手段的发明提供了科学思想，奠定了理论基础，也为受精卵在输卵管中的输运现象提供了一种新的解释。
该工作得到了国家自然科学基金（11125211，11372317）及科技部重大科学研究计划（2012CB937500）的支持，相关成果发表于Colloids and Surfaces B: Biointerfaces，J. Appl. Phys.以及Nature出版集团期刊Scientific Reports上。
图1. 实验装置（A）示意图，软胶泡被放置在粘性热塑性橡胶薄膜上，薄膜粘附在刚性基底上。拉伸薄膜的一侧，在其中产生应变梯度，并且在与刚性基底接触的界面处产生界面裂纹，当裂纹尖端抵达软胶泡时，软胶泡被驱动向前滚动。（B）实验结果，软胶泡沿着界面裂纹扩展的方向滚动。
图2. 黑色刚性基底上放置一条石墨烯条带，该条带与刚性基底通过弹簧连接，上面放置一个小石墨烯滑片。当石墨烯条带的拉伸量达到一定值时，其下的弹簧陆续断裂，并同时在断裂前端的石墨烯条带上产生应变梯度，当应变梯度区域抵达小滑块时，滑块即被驱动。颜色表示拉伸基底的应变。
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项目成果
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焦点事件
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