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自2016年猪笼草口缘流体单向引导性被发现以来（Nature 2016, 532 (7597), 85），其表面独特的弓形盲孔微结构，一直是众多流体调控研究的热门仿生对象。然而，为什么猪笼草口缘表面微结构呈现弓形，近十年来科学界一直没有很好的解释。如何恰当地设计弓形弧度，实现流体高效引导甚至是选择性调控，对于理解毛细驱动、润湿能量转化及液体调控机理具有重要意义。

针对上述问题，西安交通大学机械工程学院张辉副教授团队提出了基于最小作用原理（最小能量法）的高曲率弓形边缘设计方法，获得了不同条件下的最优阻碍弓形曲线，从能量角度揭示了弓形边缘对于液体在沟槽内的最大阻碍作用机理，并提出了不同接触角下弓形曲线设计方法与准则。该研究解释了弓形结构的流体作用机理问题。基于上述理论，研究团队设计并构建了多种功能性微流控器件，包括Y型分支通道、流体数字显示器和油水分离器。其中，Y型分支通道能够利用接触角差异实现液体在两支路间的选择性分流；流体数字显示器通过液体在不同曲率通道中的路径变化形成动态图案显示；油水分离器依靠弓形边缘的润湿差异实现无外场高效分离，5分钟内其分离效率可达约98%。该研究为微流控系统中液体的定向输运、分区调控及器件集成化提供了新的结构策略与设计思路。

近日，相关研究成果以“Arch shaped high curvature edge design for selective microfluidics”为题发表在国际权威期刊《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal，IF：13.2）。西安交通大学机械工程学院副教授张辉为论文第一作者兼通讯作者，论文其他作者还包括代松杰、刘洋、朱燚鋆、董光能等。西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室为第一单位。该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168916