哈工大在仿生微流控技术领域获突破 创制智能动态分离系统破解复杂流体分离难题

哈工大全媒体（刘培香 王兆龙/文 王兆龙/图）近日，我校能源科学与工程学院帅永教授、王兆龙教授团队在微纳流体器件领域取得突破性进展，创新研发出基于仿生螺旋微流控泵的三相动态分离系统。相关成果以《仿生微流体泵用于选择性油水分离》（Biomimetic microfluidic pumps for selective oil–water separation）为题发表于《先进科学》（Advanced Science）。该研究突破传统分离技术对固定相序的依赖，开创了多相流体智能分选新范式。

研究团队首创基于黄瓜卷须螺旋结构的仿生弹簧微通道（SMC），通过高精度投影微立体光刻3D打印技术实现微流控泵的仿生设计、极端制造与性能动态调控。该仿生功能系统创新性地融合表面润湿性与分子极性协同机制，突破传统分离器件依赖静态多孔材料的局限，成功实现油-水-四氯化碳等多相体系的界面极精准自主捕捉与物相高效连续分离，分离通量高达292.5 L m⁻² h⁻¹，效率稳定超过99%，攻克了传统技术界面识别困难、易堵塞等瓶颈问题（图1）。

图1.黄瓜卷须启发的仿生弹簧微通道泵控三相时序分离系统

研究团队通过多尺度力学建模揭示SMC的核心优势：该系统核心突破在于微通道的智能力学响应特性，通过螺旋结构的弹性形变动态调控毛细力平衡，实现水相0.09 m/s的超高速定向输运，并创新开发预载液序控技术精准操纵多相分离序列。实验证实，湿态下直径>700μm的SMC延展性提升30%，<500μm的微通道界面稳定性增强200%，成功实现多相界面自适应捕获。该设计打破传统微流控器件固定流道限制，结合开放式结构有效解决孔隙堵塞难题（图2）。

图2.仿生弹簧微通道实现高效分离不混溶液体的多因素调控机制研究

团队创新集成太阳能热调控模块，利用光热效应将高粘度原油分离速率提升至22.5 L m⁻² h⁻¹（图3）。该技术已成功应用于时空可控微反应平台构建，通过选择性移除隔离液相触发化学反应，在工业废水深度处理、原油泄漏应急回收、生物检测芯片开发等领域具有十分广泛的应用价值，为工业废水处理与生物医学检测提供了全新范式。

图3.仿生弹簧微通道实现高效溢油分离

哈工大为论文第一署名单位，能源科学与工程学院帅永教授、王兆龙教授，香港理工大学王钻开教授和中国科学院理化技术研究所董智超研究员为论文共同通讯作者，能源科学与工程学院博士研究生李银峰作为核心成员参与相关研究工作。

该研究得到国家自然科学基金及相关部委基金等支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202503511