高性能液滴传输在生物医学检测、微化学反应和液滴微流控等多应用领域起至关重要的作用。传统液滴传输的被动策略和主动策略都局限于液体类型受限、液滴体积范围小和生物兼容性较差。此外，由于具有复杂的物质成分，大粘度和低表面张力，生物医疗液体的操纵面临着更多的挑战。
中国科学技术大学微纳米工程实验室吴东教授在水平振动驱动液滴单向运输的基础上，引入润滑液注入多孔表面（slippery liquid-infused poroussurface，SLIPS）处理技术，提出一种基于润滑倾斜棘齿阵列结构的振动驱动型全液滴整流器（VAODR）。实现了全液滴的大体积范围、高速、可编程和鲁棒运输。VAODR 具有不同的运输模式，如：管道液柱运输、序列运输和双向运输等，且适用于不同的复杂液体，如生物液体和医疗用液体等。相关研究成果以“A Biocompatible Vibration-Actuated Omni-Droplets Rectifier with Large Volume Range Fabricated by Femtosecond Laser”为题，于2021年12月5日发表在《Advanced Materials》杂志上。
VAODR 主要由三个关键部分组成，包括不对称的倾斜微沟槽阵列结构（提供各向异性粘滞阻力）、注入的润滑液（提供 SLIPS 效果，能形成稳定、无缺陷的化学惰性润滑界面）与引入的机械水平振动（提供各向同性惯性驱动力）。
图1 液滴在VAODR上的单向可控输运。A）水平振动整流作用下液滴在VAODR上的定向输运过程。 B）在水平振动驱动下，液滴运输的选定顺序快照。C）各向异性裸棘轮的SEM图像。D）光滑棘轮的显微镜照片，润滑剂(硅油)膜厚度，影响棘轮的各向异性。E）最佳润滑剂厚度。
通过由各向同性机械水平振动诱导的对称惯性驱动力与各向异性润滑棘齿结构诱导的粘滞阻力差的相互竞争，实现了液滴在 VAODR 上短周期时间尺度内的来回往复运动和长周期时间尺度下的单向运输，最终实现水平振动驱动的液滴定向操纵。
液滴运输能力（如运输体积范围和运输速度）可通过精确控制棘齿结构中的弯月面和来源于机械水平振动的整流进行调控。棘齿结构的弯月面能通过润滑液参数如润滑液厚度 t和棘齿的拓扑形貌参数（如棘齿深度D和沟槽宽度W）调控。在所有重要的液滴运输性能中，实时调控可主要通过调制振动参数（如振动频率f和振动幅值A）实现，这也有利于进一步实现动态与可编程液滴操纵。
图3通过设计棘轮参数和调谐整流振动参数来调节液滴的运输能力。
图4全液滴在VAODR上的高性能(大体积范围、高速、双向和全基底适用)操纵。
VAODR 上由振动整流介导的全液滴通用运输策略能用于很多实际应用，特别是在生物医疗检测领域，如结构化生物医疗材料用于基于液滴操纵的生物传感和生物器官芯片。
图5血型检测和抗癌药物筛选，以及基于VAODR的便携式生物医学检测设备。
微纳米工程实验室博士生张亦元为本论文的第一作者，吴东教授为该论文的通讯作者。