美國麻省理工學(xué)院(MIT)近日發(fā)布公告稱，該校研究人員模仿樹木和植物的泵送機(jī)制，設(shè)計(jì)出一種名叫“樹葉芯片”的微流體裝置，能以穩(wěn)定流速在芯片內(nèi)輸送水和糖分等長達(dá)數(shù)天之久。這項(xiàng)發(fā)表在《自然·植物》雜志上的最新成果有望為小型機(jī)器人帶來低成本液壓動(dòng)力裝置。
大到紅木，小到雛菊，樹木和很多植物內(nèi)的木質(zhì)和韌皮等組織系統(tǒng)能形成天然液壓泵，這些液壓泵通過不耗費(fèi)任何能量的滲透過程，既能將根部水分泵送到頂端葉片，也能將葉片的糖分等營養(yǎng)物質(zhì)泵回根部?；谶@些認(rèn)知，之前有研究已經(jīng)開發(fā)出模擬木質(zhì)和韌皮的微流體泵，但這些設(shè)計(jì)往往只能工作幾分鐘就會停止，效果不佳。
這次新研究中，MIT機(jī)械工程學(xué)教授阿奈特·霍索伊帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)將樹木泵送系統(tǒng)中的另一個(gè)重要部分——樹葉納入微流體裝置中。新的“樹葉芯片”除了模擬木質(zhì)和韌皮，還模擬樹葉通過光合作用泵送糖分，將糖分從樹葉輸送到韌皮，增加糖—水濃度差，從而保持穩(wěn)定的滲透壓，讓水和營養(yǎng)物質(zhì)在芯片中持續(xù)循環(huán)時(shí)間從幾分鐘提高到數(shù)天之久。
“樹葉芯片”采用一種三明治結(jié)構(gòu)，兩個(gè)塑料滑片分別代表木質(zhì)和韌皮，中間用半滲透性材料隔開。木質(zhì)滑片的小通道內(nèi)充滿水，韌皮滑片的小通道內(nèi)充滿糖水，韌皮滑片上再覆蓋另一層膜，以模擬樹葉不斷向韌皮補(bǔ)充糖分。實(shí)驗(yàn)小組將“樹葉芯片”與試管相連，成功將試管里水分抽送到芯片內(nèi)，然后又將水分泵送到另一個(gè)燒杯中。
在一些環(huán)境惡劣的地方，往往需要微型機(jī)器人開展工作，為了讓這些機(jī)器人“跑跳”起來，安裝微型活動(dòng)組件不僅困難重重，且成本昂貴?，F(xiàn)在，“樹葉芯片”能充當(dāng)微型液壓系統(tǒng)，通過補(bǔ)充糖分提供強(qiáng)大滲透壓，讓微型機(jī)器人不需安裝其他部件就能低成本運(yùn)行。
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