光激活的表面活性剂协同溶剂化液滴群合并级联

《Small》：Photo-Activated Merging Cascades in Droplet Swarms Upon Synergistic Solvation of Surfactants

　　

化学活性液滴在流体界面上为动态物质提供了多功能构建单元，但大多数系统局限于单个液滴内编码的行为或简单的两两相互作用。在此，研究人员报道了一种通过将光激活与表面活性剂的协同溶剂化相结合，在液滴群中产生非线性级联行为的策略。在由癸基铵/氨基甲酸根离子对形成的结晶层包覆的空气/水界面处，含有光酸产生剂的均三甲苯基液滴保持不动，直到紫外光照射局部破坏该层，通过毛细作用诱导液滴运动。虽然紫外响应的均三甲苯液滴和三乙二醇单十二烷基醚（C₁₂E₃）液滴分别被固定在该层内，但它们的融合产生杂化液滴，通过协同溶剂化瓦解该层，并表现出在紫外光停止后持续存在的增强运动性。这种非线性激活使得追逐和合并事件的级联能够传播通过大型液滴场，远远超出光激活的初始时空窗口。通过引入排斥性边界结构，这些级联可以被空间限制，从而控制集体液滴群动力学。总之，这些结果证明了协同溶剂化如何能够在活性液滴群中编程涌现的多步行为，为化学驱动的自组织中的基于液滴的逻辑开辟了途径。

化学活性液滴在流体界面上可作为动态物质的构建单元，但大多数系统局限于单个液滴内编码的行为或简单的两两相互作用。为实现更丰富的涌现行为，需要开发非线性、多步骤的相互作用机制。研究人员在《Small》期刊上报道了一种通过将光激活与表面活性剂的协同溶剂化相结合，在液滴群中产生非线性级联行为的策略。该策略的核心是利用癸基铵/氨基甲酸根离子对形成的结晶层作为介质，通过两种单独不溶解该层的液滴类型融合后协同溶解层，从而触发持久的运动级联。

研究人员首先建立了稳定的结晶层。将3.0 mM癸胺（decylamine, DA）水溶液置于培养皿中，溶液表面自发形成覆盖整个空气/水界面的连续结晶层。红外光谱和核磁共振证实该层由DA与大气CO₂反应形成的铵/氨基甲酸根离子对构成。该层在低pH条件下分解，这一性质被用于光控运动。为了建立光控运动，研究人员制备了含有光酸产生剂（photoacid generator, PAG）的均三甲苯（mesitylene）液滴，并加入5 v/v% DA以维持静止。在无紫外（UV）照射时，液滴在结晶层上保持不动；UV照射后，PAG产生酸，局部酸化使层分解，液滴通过毛细效应在层下运动，留下毫米宽的通道。速度随时间衰减，且UV开-关循环可重复调制运动，表明运动直接受UV控制。

研究人员采用的主要技术方法包括：将DA水溶液静置形成