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为解决当前液滴操控方法无法同时满足自供电、高效、人与液滴交互、灵活及通用等需求的问题，研究人员开展基于全方位摩擦电镊子（OTT）的人类 - 液滴交互平台研究。结果显示该平台能有效操控气液相液滴，意义在于推动相关领域发展。
在微观的世界里，液滴操控技术正悄然改变着诸多领域的发展轨迹。在能源、环境以及医疗等领域，精准操控微小液滴的能力就像一把神奇的钥匙，能够打开无数创新的大门。例如在医疗诊断中，通过精确控制微小的生物样本液滴，可以实现更快速、更准确的疾病检测；在药物研发领域，精准操控液滴有助于高效筛选药物成分，加速新药的开发进程。然而，当前的液滴操控方法却像是被重重枷锁束缚。传统的电控液滴系统，如介电电湿润（EWOD）技术，虽然在精确控制液滴运动方面有一定优势，但它需要复杂的底部电极阵列和外部电源支持。这不仅使得系统的制造过程变得繁琐，成本高昂，而且外部电源的依赖也限制了其在一些特殊场景中的应用，比如在对安全性要求极高的医疗设备中，使用外部电源可能存在漏电风险；在需要小型化、便携化设备的场合，庞大的电源系统更是成为阻碍。
为了突破这些困境，重庆师范大学、重庆大学以及陆军军医大学的研究人员勇敢地踏上了探索之旅，致力于寻找一种更加理想的液滴操控方案。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展这项研究。首先是基于空气击穿理论设计了全方位摩擦电纳米发电机（O - TENG），通过特殊的结构设计，使其能够在二维平面内灵活运动并产生电能。其次，利用场发射扫描电子显微镜（SEM）对材料表面的微观结构进行表征，以了解材料特性；使用可编程静电计测量 O - TENG 的电信号输出和液滴内的电荷，确保数据的准确性；借助 COMSOL 多物理场仿真软件模拟电场分布，为实验提供理论支持。
下面来看看具体的研究结果：
- OTT - 基于人类 - 液滴交互平台：研究人员提出了 OTT 策略，构建了相关平台。该平台由手控平台和液滴运动平台组成，手控平台集成了 O - TENG 和静电镊子，液滴运动平台由涂有疏水层的氧化铟锡（ITO）玻璃构成。通过直接电荷注入法，电荷可注入液滴，增强了静电控制力。实验证明，该平台能在空气和硅油中有效操控液滴，展示了其自供电、灵活、精准以及人机交互的能力。
- O - TENG 的性能表征：O - TENG 突破了传统 TENG 一维线性运动的限制，实现二维平面运动。在不同方向滑动时，其电极对的输出电压和转移电荷会发生变化。例如，在 0° 滑动 80mm 时，电极对 1 的最大输出电压可达 11.7kV，转移电荷为 1.83μC。而且，其输出具有可控性，充电电压与滑动距离呈线性关系。
- OTT 在气相中操控液滴：OTT 利用静电力操控液滴，通过对液滴进行受力分析，研究了不同因素对液滴操控的影响。实验发现，较大体积的液滴能携带更多电荷，如 10μL 的液滴可充电 0.2nC。OTT 可实现液滴的二维操控，包括横向和纵向运动，还能让液滴执行复杂的转向动作。此外，研究还探讨了间隙h1和 OTT 滑动速度对液滴操控的影响，并展示了 OTT 在多种应用场景中的能力，如促进液滴间的化学反应、引导液滴通过迷宫以及在密封腔室内操控液滴等。
- OTT 在油相中操控液滴：OTT 在油环境中同样适用，油层高度会影响其操控模式。在薄油层中，液滴运动机制与空气中类似，但存在油阻力；在厚油层中，研究人员引入了操控悬浮液滴的方法。实验表明，OTT 能有效操控薄油层和厚油层中的液滴，还可用于非侵入式样品提取，如从油介质中提取不溶性的罗丹明 6G（R6G）和微溶性的荧光素。
在研究结论与讨论部分，研究人员成功构建了基于 OTT 的人类 - 液滴交互平台，借助 O - TENG 的设计，实现了在多种介质中灵活、精准的液滴操控。O - TENG 从传统的一维运动升级为二维运动，大大提升了其多功能性。该平台不仅能为液滴提供电荷和电场，还能精确控制液滴的运动方向，解决了传统液滴操控系统面临的诸多难题。通过理论分析，研究人员明确了施加电压（与 TENG 滑动距离成正比）与液滴速度之间的关系。在空气和硅油中展示的多种复杂液滴操控操作，体现了该平台在人机交互方面的高度同步性和精确性。这项研究成果为液滴操控技术的发展开辟了新的道路，有望在生物医学、化学分析、药物研发等多个领域得到广泛应用，推动相关领域的技术革新，为人类的健康和科学研究带来更多的可能性。
