近日，哈爾濱工業大學能源科學與工程學院帥永教授、王兆龍教授團隊在微納流體器件領域取得突破性進展，創新研發出基于仿生螺旋微流控泵的三相動態分離系統。相關成果以《仿生微流體泵用于選擇性油水分離》(Biomimetic microfluidic pumps for selective oil–water separation)為題發表于《先進科學》(Advanced Science)。該研究突破傳統分離技術對固定相序的依賴，開創了多相流體智能分選新范式。
 

　　研究團隊首創基于黃瓜卷須螺旋結構的仿生彈簧微通道(SMC)，通過高精度投影微立體光刻3D打印技術實現微流控泵的仿生設計、極端制造與性能動態調控。該仿生功能系統創新性地融合表面潤濕性與分子極性協同機制，突破傳統分離器件依賴靜態多孔材料的局限，成功實現油-水-四氯化碳等多相體系的界面極精準自主捕捉與物相高效連續分離，分離通量高達292.5 L m?2 h?1，效率穩定超過99%，攻克了傳統技術界面識別困難、易堵塞等瓶頸問題(圖1)。
 

圖1.黃瓜卷須啟發的仿生彈簧微通道泵控三相時序分離系統
 

　　研究團隊通過多尺度力學建模揭示SMC的核心優勢：該系統核心突破在于微通道的智能力學響應特性，通過螺旋結構的彈性形變動態調控毛細力平衡，實現水相0.09 m/s的超高速定向輸運，并創新開發預載液序控技術精準操縱多相分離序列。實驗證實，濕態下直徑>700μm的SMC延展性提升30%，<500μm的微通道界面穩定性增強200%，成功實現多相界面自適應捕獲。該設計打破傳統微流控器件固定流道限制，結合開放式結構有效解決孔隙堵塞難題(圖2)。
 

圖2.仿生彈簧微通道實現高效分離不混溶液體的多因素調控機制研究
 

　　團隊創新集成太陽能熱調控模塊，利用光熱效應將高粘度原油分離速率提升至22.5 L m?2 h?1(圖3)。該技術已成功應用于時空可控微反應平臺構建，通過選擇性移除隔離液相觸發化學反應，在工業廢水深度處理、原油泄漏應急回收、生物檢測芯片開發等領域具有十分廣泛的應用價值，為工業廢水處理與生物醫學檢測提供了全新范式。
 

圖3.仿生彈簧微通道實現高效溢油分離
 

　　哈工大為論文第一署名單位，能源科學與工程學院帥永教授、王兆龍教授，香港理工大學王鉆開教授和中國科學院理化技術研究所董智超研究員為論文共同通訊作者，能源科學與工程學院博士研究生李銀峰作為核心成員參與相關研究工作。
 

　　該研究得到國家自然科學基金及相關部委基金等支持。