社会严重依赖各种流体技术。精确捕获和释放各种化学和生物流体的能力在许多领域发挥着根本性作用。一个长期存在的挑战是设计一个平台，能够以精确的空间和时间控制以及准确的流体体积实现液体的可切换捕获和释放。

最近，香港理工大学(PolyU)的研究人员发明了一种新方法，可有效克服这一挑战。该项研究已发表于《自然化学工程》，机械工程系研究助理教授张义元博士为第一作者。

由香港理工大学机械工程学系潘乐陶慈善基金智能及可持续能源教授、热流体及能源工程讲座教授王立秋教授领导的研究团队，研发出一种独特的流体处理器——“连通多面体框架”(CPF)。

利用CPF，液体捕获和释放之间的切换变得可逆、可编程，并且不依赖于所使用的多面体框架和处理过的液体，从而使处理器成为一种超超材料。

与高度发达的固体处理领域不同，尽管流体在医疗保健、制药、生物和化学工业等领域无处不在，但方便地处理流体仍然是一项繁琐的任务。

当液体与工具相互作用时，它们经常会润湿并扩散到固体上，从而阻止液体完全转移，损害体积精度并导致样品间交叉污染。为了保持液体的纯度，移液器和微管等一次性塑料被广泛使用，这加剧了全球塑料废物问题。

捕获和释放之间的可逆切换是CPF精确处理液体能力的关键，使得网络中的液体能够根据需要在局部、动态和可逆地保留或排出。

在CPF中，单杆连接上方的框架之间没有液体排出的通道，可以捕获和保留液体，从而起到捕获器的作用。

双杆连接件上方的框架吸收液体但释放液体，充当释放器。这是因为当 CPF 从液体中升起时，双杆连接件之间会形成一层液膜，从而在框架之间形成通道，以促进液体释放。

通过使用现有工具，通过构建或破坏框架之间的液体连续性，可以实现捕获和释放之间的可逆切换。CPF 提供了一个多功能平台，可实现许多独特的功能，包括液体的 3D 可编程图案化、多种材料浓度的 3D 时空控制、3D 液体阵列的封装以及多种液体的大规模操控。

它与多种液体兼容，包括但不限于水溶液、生物流体、水凝胶、有机溶剂、聚合物溶液和油。因此，各种生物材料和化学品都可以加入 CPF 中，用于各种应用。

为了证明CPF在控制多药物释放中的实际应用，王教授团队设计了一个用于维生素B2和B12的三维二元液体模式化的CPF网络。

两种维生素代表两种不同的药物分子，分别被包裹在海藻酸钠水凝胶和结冷胶中，在水溶液中释放，通过改变凝胶膜的厚度，可以精确控制两种“药物”的相对释放速度。

传统的棉签和植绒拭子在样品释放过程中存在严重的样品残留问题，而CPF可以有效克服这一难题，其框架结构提供了自由的液-液界面，具有较高的释放效率。

研究团队以流感病毒为例，展示了CPF作为采样工具的优越性，其释放性能明显优于传统棉签，在病毒浓度较低时，CPF能够检测到病毒，而植绒拭子和棉签均无法检测到病毒。

研究团队还展示了CPF在生物材料封装中的应用，以醋酸杆菌封装为例，CPF相较于传统装置具有诸多优势，包括有利于细菌与反应产物的分离、简化微生物反应过程、提高细菌的利用率等。

可以想象，CPF还可以用于封装其他生物材料，以有效生产其他有价值的产品。

除了医疗、微生物方面的应用外，王教授团队还进一步证明了CPF在空调领域的实用性。

他们准备了一个商业规模的加湿器原型，它具有更高的储水能力，需要的水流量更少，从而可能更节能。

CPF 还允许大规模 3D 液体分散形成更大的表面积，使其非常适合气体吸收。CPF 成功实现了理想的 CO 2循环过程，其中包括碳捕获和储存以及 CO 2再利用。

重要的是，CPF中的每个框架都可以独立于其基础材料、结构和处理的液体捕获或释放液体，因此是一种创新的超材料，可以实现“用竹篮精确舀水”的梦想。

这种流体处理器的问世，为液体处理的可控性、多功能性和高性能树立了新的标准，启发了超超材料这一新领域，促进了各个领域的科技新突破。

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