基于3D打印电润湿装置的液态金属连续驱动技术及其在可穿戴生物电子中的应用

编辑推荐：液态金属(LM)因高导电性和形变恢复能力成为柔性生物电子理想材料，但持续驱动仍是难题。美国莱斯大学团队通过3D打印多电极系统施加短时直流脉冲，实现液态金属在环形微通道中长达9小时的连续电润湿(CEW)驱动（8.7V/150mm/s），成功运输导电/绝缘/磁性材料，为可穿戴药物递送、微流控系统提供低功耗(<100μW)解决方案。

　　在柔性生物电子领域，液态金属(LM)因其独特的室温流动性、高导电性和形变恢复能力备受关注，尤其适用于可穿戴健康监测、药物递送等场景。然而，传统液态金属驱动技术面临电解质消耗、电极极化等多重挑战，持续驱动时间普遍不足1小时，严重制约实际应用。针对这一瓶颈，美国莱斯大学Yong Lin Kong团队创新性地将3D打印技术与电润湿原理结合，开发出可持续驱动9小时的低压微流控系统。

研究采用立体光刻(SLA)3D打印技术制备透明环形微通道，通过六电极阵列施加短脉冲直流电(DC)，利用连续电润湿(CEW)效应产生表面张力梯度驱动液态金属。关键创新包括：优化电极切换周期(0.1-0.2s)、建立包含表面张力(γ)、粘滞阻力(F_η)和摩擦力的动力学模型，以及验证生物相容性电解质(如PBS)的可行性。

研究结果显示：在26mm直径通道中，10μL的eGaIn液态金属在8.7V电压下实现150mm/s的稳定运动，速度受电极面积(27.7mm²时最佳)和NaOH浓度(0.4M最优)显著影响。通过Young-Laplace方程推导发现，较小液滴(5μL)需更高临界电压(10-14V)克服表面张力。特别值得注意的是，周期性电解质补充策略使系统连续运行时间突破9小时，较前人记录提升9倍。

在应用验证中，该系统成功运输2mm玻璃珠(非导电)、石墨片(导电)和磁性聚合物复合物，证实其多材料运输能力。团队还将该技术集成至手表形态的可穿戴原型，展示实际应用潜力。讨论部分指出，虽然Ga(OH)₄^-1副产物可能影响长期稳定性，但理论计算表明在NaCl溶液中寿命可达100天，通过纳米涂层等技术可进一步延长。

这项发表于《Med-X》的研究突破性地解决了液态金属持续驱动难题，为开发低功耗(<100μW)的可穿戴微泵、自适应热管理器件提供了全新平台。未来通过微型化设计和生物安全性优化，该技术有望推动个性化医疗、柔性机器人等领域的革新。