自动化构建几十毫米大小的三维结构将彻底改变光学、电子和生物医学设备的制造方式。实现这种3D微结构的经济方法是“编程”其组成部分，使其自发聚集并构建结构。然而，驱动微米到中尺度组件（约0.1到100毫米）排列并动态组装成所需结构仍然是一个艰巨的任务。
匹兹堡大学斯旺森工程学院的化学工程研究人员在之前研究的基础上，利用流体力学、化学机械过程和一定的粘性，成功克服了设计适当自对准结构的挑战。
他们的研究，“工程限制流体自主组装分层3D结构，”已发表在PNAS Nexus上。主要作者为Oleg E. Shklyaev，Anna Balazs的博士后助理，化学和石油工程特聘教授，John A. Swanson工程主席，前博士后Abhrajit Laskar。
Balazs指出：“用微米级的积木构建任何东西的基本挑战之一是让这些积木在几乎没有外部工具干预的情况下自我组织，这可能会干扰动态自组装。奥列格设计的系统的独特之处在于，流体与化学物质之间自然发生的相互作用，自发构建出一个强大的系统。”
通过计算机建模，Shklyaev设计了二维聚合物板材，其中一块较重的板材作为基础，其他较轻的板材则作为建筑面板。粘键被添加到薄片的特定点上，起到铰链的作用——类似于DNA分子键（A、C、G、T），它们被设计成精确地粘合在一起。
然后将面板放入溶液中，并在水箱的随机区域下沉到底部。向溶液中加入反应物会引发催化反应，从而产生垂直和水平的流体流动。水平流首先沿着腔室地板将薄片一起移动，粘性键将适当的面板连接到基座上。
接下来，垂直流动将结构的侧面提升到直立位置，在那里面板再次通过粘性粘合剂连接以完成结构。
将化学能（从催化反应中释放）转化为机械作用（流体流动）是该系统的固有特性。也就是说，当催化反应将反应物转化为产物时，它本质上在溶液中产生密度或浓度梯度。这些梯度反过来又产生作用于流体的力，从而引发流体流动。流动就像“帮助之手”来组装结构，”Shklyaev解释道。
“通过化学，你可以设计出流动中出现的空间和时间变化的模式，从而调整这些手所做的工作，这也启动了一系列事件，导致建立一个规则的四面体、立方体或类似的结构。原则上，面板上的“粘性”键可以包括DNA链；DNA链的互补性使得这些键具有高度选择性，并能识别出它应该粘在哪里。”
关上实验的盖子
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希望本篇文章《自组织的粘性三维结构：工程师在受限流体中探索微米至中尺度》能对你有所帮助！
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