受限的磁胶体系统可控的流体传输

微观粒子的胶体悬浮液显示出复杂而有趣的集体行为。特别地，胶体的集体动力学对于材料组装，机器人运动，微流体控制以及在几种生物场景中是基本且普遍存在的。受限的胶体的集体动力学可以与自由的胶体完全不同：例如，受限的胶体可以自组织成涡旋结构，相干运动或不同的相行为。一方面，由于胶体悬浮液的复杂性，如何精确调节受限胶体的集体动力学仍然难以实现。另一方面，由于微尺度限制与胶体尺寸在相同的长度尺度上，因此难以确定胶体如何彼此相互作用以及几何约束。

为了研究受限的胶体集合体，先前的工作一直集中在微观的可视化和模拟方法上，缺乏直接的证据来表征胶体相互作用的机械性能。是否可以直接探测这种机械性能或将其实时表示为力的反馈?借助液体浇口技术，答案可能是肯定的。领先的研究领域“液体浇口技术”被国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)宣布为“ 2020年化学十大新兴技术”。液体浇口技术允许某些液体按需选择性地打开和关闭孔。尤其是，液体门控膜可以响应压力变化，这也表明跨膜流体的运输能力。所以，利用压力驱动的侵入流体作为有效原因，可以实时确定受限胶体的力学。在新的研究文章发表在北京《国家科学评论》，厦门大学的科学家提出了一种液体门控系统的新范例，该系统将磁性胶体悬浮液限制在多孔基质中。这种受限的磁胶体系统(CMCS)可以实时探测胶体悬浮液的机械性能，显示出允许或停止微尺度流或动态操纵流体传输的能力。

有趣的是，似乎“自由不是自由的”。首先，胶体悬浮液被多孔基质捕获。但是，受限的胶体在有限的空间内也是自由的，因为它们的集体动力学可以通过磁场极大地控制。受限的胶体的集体构型在统计学上和热力学上由胶体熵表征。同时，由压力值同时指示受限的胶体之间的相互作用以及胶体悬浮液和几何约束之间的相互作用。特别地，压力变化与熵变化成线性关系。两者都受到几何约束，胶体堆积率以及磁场强度和方向的显着影响。而且，

除了磁场以外，所报道的限制胶体熵调节的策略还适用于其他远程外部刺激，例如声场，光场，电场等。这项工作将启发对胶体科学基础研究的开发，以及从流体运输，多相分离，逻辑微流控到可编程货物运输的各种应用。这里描述的发现还将加深对诸如群智能，细胞聚集，颗粒物对污染物的处理以及交通拥堵的走走停停等现象的理解。

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