封面的康奈尔华人博士生做芯片最重要的部分是什么？除了采用更先进的制造工艺带来更大的晶体管密度和更强的计算能力外，芯片内部信号的传输和控制也是必不可少的一环。“睫毛片”，懂吗？当然，我们先看看纤毛是干什么用的。纤毛可以说是生物体中最勤劳的信使和信使，更直接地说，它们是液体最灵活的“搬运工”。这些细毛利用有节奏的跳动来移动生物体内的液体，包括大脑中的脑脊髓液，清除肺部的痰和污垢，并保持人体其他器官和组织的清洁。多年来，人们一直希望吸收或“借用”纤毛在计算和控制领域的神奇能力。但在微观层面。在这种生物体中复制“奇迹”的难度是巨大的。过去几年，光、磁、电驱动方面的研究取得了很大进展，但具有工程应用价值的“纤毛驱动”平台仍遥遥无期。现在，这个难题已经被康奈尔大学的一组研究人员解决了。他们使用铂基成分设计了一种微型人工纤毛系统，该系统可以使用纤毛在微观尺度上控制液体的运动。未来，有可能实现用于测试血液样本、操纵细胞活动或辅助微加工过程等的低成本便携式诊断设备。目前，该研究发表的论文已发表在最新一期的Nature上。第一篇论文是中国博士生王伟（上图），第二篇是中国博士后刘庆坤。目前论文被引用超过2300次，H指数为24。王伟表示，目前已经有很多方法可以通过光、磁或静电力驱动制造人造纤毛，但我们是第一个使用该技术的团队。新型纳米致动器实现可单独控制的人造纤毛。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04645-w.pdf在这篇Nature论文中，研究人员构建了一个用于电子驱动的人造纤毛的活性超表面，以及表面附近的任意液体可以在其中生成流模式。研究人员首先构建了电压驱动的纤毛，该纤毛在1伏的驱动电压下以每秒数十微米的速度沿一个方向移动，以驱动表面流动。纤毛单位细胞可以局部产生一系列元素流，形成不同的几何形状。基于表面电化学致动器的人工纤毛通过组合这些单元电池，研究人员创建了一个活跃的纤毛超表面，可以生成任何所需的流动模式并在这些模式之间灵活切换。这些结果最终得到了实验和理论计算的证实。据研究人员称，这些结果为未来的精细微流体操作开辟了一条新途径，其应用范围从微流体泵送到微型机器人运动。人造纤毛的显微镜视图。具体来说，一个典型的“纤毛芯片”包含16个方形细胞，每个细胞有8个纤毛阵列，每个阵列有8个纤毛，每个长约50微米，形成了由约1000根人造纤毛制成的“地毯”。当对每个纤毛施加振荡电压时，其表面会发生周期性的氧化和还原，导致纤毛来回弯曲并以每秒数十微米的速度泵送液体。不同的纤毛阵列可以独立激活，允许无限的流动模式和路线，几乎与生物体中的纤毛一样灵活。该研究由通讯作者、康奈尔大学物理学教授ItaiCohen领导，建立在作为纤毛装置核心部件的铂基电动执行器之上。科恩的团队之前已经为微型机器人行走构建了一个类似的系统。事实上，让微型机器人“弯腿”的机械原理与本次研究非常相似，只是纤毛系统的具体功能和应用有所不同，相当灵活。纤毛单位产生的多条流动路线“一旦你可以单独操纵这些纤毛，你就可以以任何你想要的方式精确地操纵和控制这些液体，”科恩说。或分成两条路径并将它们合二为一。甚至可以设计三个维度的路线。简而言之，一切皆有可能。”“使用现有平台来创建小型、水上作业、电动处理的纤毛创造可以与有趣的电子产品集成的纤毛非常困难。现在这个问题解决了。有了这个平台，我们可以期待开发下一代微流体设备，”他说。此外，研究团队还开发了一种配备CMOS时钟电路的纤毛装置，这实际上是一个“电子大脑”，可以让纤毛不受传统计算机系统的束缚而运转，也为开发纤毛提供了基础。一系列可以在现场执行的低成本诊断。测试打开了大门。科恩说，可以想象，在未来，人们可以拿着这个只有一厘米大小的小装置，只要在上面滴一滴血，就可以进行所有的测试。不再需要水泵或任何其他设备，只需将它放在阳光下即可工作，可能只需花费1到10美元左右。
