面向海洋开发与保护，利用仿生微结构实现油滴收集-自检测一体化

水中微油滴动态行为的实时检测不仅可以避免含油污水堵塞海洋探测器，及时发现水下装备油泄漏，而且有助于建立新型微油滴检测体系。而传统的检测方法无法及时监测废油污水。

基于此，江苏大学张忠强教授团队（宋云云第一作者）在《Advanced Functional Materials》期刊上发表了题为“Phase Replacement Enables Self-Detectable and High-Efficiency Oil-Adsorbing Bioinspired Coupled Structure"一项创新研究，通过光固化打印技术制备了一种由仿生耦合锥形微柱组成的电气化系统。

该系统能够通过油-水-气相位取代机制，实现超快水下油滴运输（135 mm/s）。同时模拟“液控门"，利用乙醇和油滴控制水下电路通断，建立了一个能够高效吸附、运输和自我检测油污染的集成系统，如图1所示。

相取代机制实现油滴快速输运

较大的水体阻力导致超疏水尖部结构吸附和输运油滴速度较慢，相比之下驱动油滴在空气中运动是否会大大减小阻力？在尖部结构上构建稳定的超厚气膜，通过气膜诱导吸附微油滴将会实现其超快输运。研究团队受到仙人掌、瓶子草和弹尾虫启发，利用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术（nanoArch® S140 Pro，精度：10 μm）制备仿生耦合尖部结构，喷涂超双疏涂层后得到超双疏仿生耦合尖部结构（BCCM）（如图2所示），在水下捕获一层较厚的气膜。当油滴被吸附到尖部结构上，原来的油-水界面会被油-气界面所取代，油滴输运的阻力大大减少，实现了超快的微油滴输运（如图3和图4所示）。

油滴自检测系统

利用相替换机制，结合油滴的绝缘特性，研究团队模拟海水环境，在水下构建了导线与灯泡的简单电路，并将仿生耦合尖部结构作为电路开关，类似“液控门"，依据灯泡的亮灭检测微油滴的运动轨迹和位置，实现微油滴动态性微的自检测（如图5、图6和图7所示）。

总结与展望

受仙人掌刺、瓶子草微通道结构和弹尾虫蘑菇状结构启发，研究构建了一套能够通过稳定气膜吸附、输送和自检测微油滴的集成系统。蘑菇状结构进一步提高了气膜厚度和稳定性，将运动界面从油-水界面转变为油-气界面，显著降低了阻力，实现了气膜诱导微油滴的超高速输送。BCCM通过油相替代气相实现自检测，如同“液控门"一样，通过吸附油和乙醇来控制智能电路的通断。可对作业区域水体中的油污染进行现场监测和采集，通过实时监测微油滴的运动轨迹和位置，可以检测水下原油管道泄漏以及关键海底设备的润滑油泄漏。