微納尺度顆粒在物理場梯度作用下進行泳動是微流控中實現顆粒輸運和操控的重要手段?；跍囟忍荻冗M行熱泳是個經典的問題，但顆粒界面附近溫度梯度的產生往往還同時伴隨濃度和電場梯度，使得熱泳機理和規律研究存在嚴重挑戰。微納顆粒熱泳速度u_T與溫度梯度成正比，即u_T=-D_T▽T，其中熱泳遷移率D_T是決定顆粒對溫度梯度響應及運動快慢的重要參數。以往研究中更多采用Soret系數S_T（S_T=D_T/D，D為顆粒的擴散系數）來描述熱泳的規律。然而，由于熱泳機理復雜，涉及雙電層離子輸運、熱電效應、溶液中分子耗散力等作用，Soret系數S_T的影響因素和變化規律存在很大的爭議。近年來，采用溫度梯度進行局部納米藥物遞送以及通過光熱效應進行顆粒運動操控等新技術的興起，使得澄清微納顆粒熱泳的基本規律變得更為迫切。

中科院力學所非線性力學國家重點實驗室微納流動研究團隊設計微流控芯片建立0.05-0.1K/mm的均勻穩定的溫度梯度(圖1)，通過系統的實驗測量發現：(1) Soret系數S_T與顆粒粒徑d成線性關系(圖2)，意味著熱泳遷移率D_T是由顆粒界面屬性主導的常數。(2)在受限空間(如微流控芯片)中，邊界表面會在溫度梯度下發生熱滲，忽略該流動會導致對顆粒熱泳的方向和量級做出錯誤的評估(圖3)。本實驗采用疏水高聚物材料作為壁面，發現滑移作用可導致熱滲流提高一個量級以上。(3)通過對不同生物顆粒(細胞外泌體和蛋白質納米顆粒)的實驗，發現顆粒表面疏水性也會將顆粒的熱泳遷移率和Soret系數提高數倍(圖4)。研究結果有助于澄清以往存在的熱泳規律的爭議，提出了通過表面疏水性大幅增強熱泳/熱滲的可能，為發展基于熱泳的生物顆粒微芯片檢測技術奠定了基礎。

該研究成果以“Surface hydrophilicity-mediated migration of nano/microparticles under temperature gradient in a confined space”為題發表于Journal of Colloid and Interface Science。中科院力學所鄭旭副研究員和納米中心施興華研究員為共同通訊作者，納米中心徐浩蘭博士為第一作者。此工作得到了國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究計劃、中科院B類戰略先導科技專項等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.01.112