遥控液滴根据命令合并以执行反应

表面活性剂系统利用光、磁和静电来移动液滴，使这些液滴组装成结构，像机械齿轮一样旋转并融合在一起。这项工作提供了诱人的可能性，包括具有前所未有的反应控制的微反应器或用于3D打印的光导油墨。

响应性表面活性剂在此之前已经被制造出来，可以对两种刺激做出反应，但大多数只回答一个．现在,Bartosz Grzybowski和他在韩国蔚山基础科学研究所的同事们已经制造出了可以对三种不同刺激做出反应的表面活性剂。

Grzybowski说:“根据不同的制造方法，表面活性剂中的纳米颗粒可以对磁场、光、静电等一系列场做出反应。”“我不确定如何通过传统的合成方法将所有这些特性结合到一个分子中。在纳米科学中，这变得相对微不足道——我们最初只是玩弄了一些东西，结果很酷的东西出现了。”

“当我们能够在这些液滴系统中进行反应序列时，我欣喜若狂”

Bartosz Grzybowski，基础科学研究所

该团队最初制作了纳米颗粒二聚体，将所需的响应特性结合在一起。二聚体部分是金，它可以被光操纵，部分是氧化铁，它有磁性，对光的反应甚至比金更灵敏。研究人员还制造了第二种“虚拟”纳米颗粒二聚体，其中含有非磁性但对光敏感的硫化铅，而不是氧化铁，以便在磁响应方面具有更大的灵活性。通过将两种类型的纳米颗粒以不同的比例混合在一起，它可以形成具有不同磁化率的类似janus的液滴。

然而，为了将纳米颗粒二聚体变成能够包裹液滴的表面活性剂，研究小组接下来需要用亲水性和疏水性分子装饰二聚体。为了做到这一点，金被巯基癸酸功能化，使其吸水，而氧化铁和硫化铅被拴在油酸配体上，使其排斥水。

色彩控制

为了测试纳米表面活性剂，研究小组设计了几个实验，包括表面活性剂包裹的直径在400到2000μm之间的液滴，悬浮在溶剂中。磁控制是通过制作三种液滴来证明的，每一种液滴都被染成蓝色、红色或黄色，以代表不同程度的磁化率。当磁铁被应用到这些液滴的随机混合物上时，它们保持完整并组织成靶心图案(见第一个视频)。在另一个实验中，研究小组展示了液滴向激光束移动，如果激光束击中液滴的边缘，液滴就开始快速旋转，导致邻近的液滴也旋转(见第二段视频)。

Grzybowski解释说:“磁效应是意料之中的，但这些液滴在光下旋转，并像机械齿轮一样将旋转传递给它们的邻居，这是出乎意料的。”“我的猜测是，如果两个液滴相互碰撞，它们就会融合在一起，但我们的纳米表面活性剂非常坚固，就像一层非常薄的盔甲，可以防止液体混合。”

研究小组发现，液滴在激光照射下移动和旋转是因为表面活性剂涂层将部分液滴转化为热量。这种局部加热改变了液滴和溶剂之间的表面张力，并产生对流流动。根据光线聚焦的位置，这些流动可以产生水平力，将液滴吸引到激光束或拖动液滴的表面，使其旋转。

虽然光和磁可以移动被包裹的液滴，但研究小组接下来表明，施加电场可以融合液滴。为了证明该系统在化学反应中的应用潜力，该团队通过静电焊接两个含有红色染料和盐酸的液滴，创造了一个哑铃形状的“反应器”。当激光束加热表面活性剂时，磁体使液滴反应器固定，液滴内部产生对流流动，使液滴内容物混合。另一个实验演示了涉及三个这样的反应器的两个反应的时间序列(见第三个视频)。

光线引导

“这项研究为可寻址乳液开辟了新领域，它可以通过外部场来控制，以构建结构化体系，这是普通的被动或惰性表面活性剂所不可能实现的，”评论道朱利安Eastoe他是英国布里斯托尔大学的表面活性剂化学家。“这项工作可能被应用于封装有价值的成分，比如农药或药物，然后通过精确的空间和时间控制释放它们。”其他可能的应用是局部功能化内部表面的3D打印。”

Grzybowski说，使用这些液滴进行3D打印是可能的，但他最喜欢的应用在其他地方。“当我们能够在这些液滴系统中进行反应序列时，我欣喜若狂，”Grzybowski说。他认为微流体系统的替代品是纳米表面活性剂最有前途的用途。他解释说:“人们可以用光引导这些微反应堆，根据需要进行熔合，并很容易地控制反应序列。”相比之下，微流控装置比较复杂，而且溶剂往往与制造它们的塑料不兼容。

“将不同大小、含量和性质的液滴组合在一个系统中具有巨大的实用价值，”评论道安妮特•施密特他在德国科隆大学研究反应性表面活性剂。但她说，它仍然需要在更小的结构上进行演示，这些结构可以与“具有复杂的纳米或微米级反应容器的芯片实验室应用”相媲美。

然而，Grzybowski设想了一种完全消除物理通道的纳米反应堆化学工厂系统。相反，他想使用包含蓝图的掩模，可以产生“虚拟”光通道。他解释说:“液滴将定位于被辐射的区域，或虚拟通道，然后可以被推动。”但为了实现这一目标，他说需要一个更好的系统来引导移动液滴的激光。他补充说，他们目前正在研制一种计算机化系统来完成这项工作。Grzybowski补充道:“我们正在开发一些很酷的系统，但我现在更愿意保持沉默。”