微/納米顆粒的定向輸運在微電子機械系統(tǒng)以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。在微納米機械系統(tǒng)領(lǐng)域，對不同類型的納米顆粒進行精確操控一直是一個復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)問題，需要有新的驅(qū)動機理來促進納米操控技術(shù)的進步。在生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，受精卵在輸卵管中的輸運是一個決定受孕成功率以及早期生命健康發(fā)育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其輸運機理存在多種解釋，包括輸卵管內(nèi)側(cè)纖毛擺動、輸卵管液流動輸運以及管壁節(jié)段波驅(qū)動等，但至今未有定論。為了科學(xué)解釋受精卵的輸運機理，需要深入研究微納米顆粒的輸運問題。

　　最近，中國科學(xué)院力學(xué)研究所仿生材料與固體的微尺度力學(xué)課題組采用模型實驗、理論以及分子動力學(xué)模擬方法系統(tǒng)研究了基底表面應(yīng)變梯度場對基底上的宏/微觀物體驅(qū)動行為的影響，提出了一種新的基于應(yīng)變梯度的驅(qū)動機理，該機理在宏觀、微觀以及納米尺度下均成立。主要成果如下：

　　（1）宏觀模型實驗（圖1）證實了乳膠泡在粘彈性基底的彈性應(yīng)變梯度場驅(qū)動下會發(fā)生定向滾動。并且在理論上指出了滾動的主要影響因素、給出了滾動驅(qū)動力的封閉解（Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2014, 123, 49-52；J. Appl. Phys. 2014, 116, 164701）。

　　（2）分子動力學(xué)模擬證實了納米顆粒在應(yīng)變梯度場的驅(qū)動下也可以發(fā)生定向運動，如圖2所示。驅(qū)動力由基底應(yīng)變梯度場的大小決定（Scientific Reports, 2015, 5, 13675）。

　　該項研究提供了一種新的納米顆粒的輸運控制機理，為相關(guān)技術(shù)手段的發(fā)明提供了科學(xué)思想，奠定了理論基礎(chǔ)，也為受精卵在輸卵管中的輸運現(xiàn)象提供了一種新的解釋。

　　該工作得到了國家自然科學(xué)基金（11125211，11372317）及科技部重大科學(xué)研究計劃（2012CB937500）的支持，相關(guān)成果發(fā)表于Colloids and Surfaces B: Biointerfaces，J. Appl. Phys.以及Nature出版集團期刊Scientific Reports上。

　　圖1. 實驗裝置（A）示意圖，軟膠泡被放置在粘性熱塑性橡膠薄膜上，薄膜粘附在剛性基底上。拉伸薄膜的一側(cè)，在其中產(chǎn)生應(yīng)變梯度，并且在與剛性基底接觸的界面處產(chǎn)生界面裂紋，當(dāng)裂紋尖端抵達軟膠泡時，軟膠泡被驅(qū)動向前滾動。（B）實驗結(jié)果，軟膠泡沿著界面裂紋擴展的方向滾動。

　　圖2. 黑色剛性基底上放置一條石墨烯條帶，該條帶與剛性基底通過彈簧連接，上面放置一個小石墨烯滑片。當(dāng)石墨烯條帶的拉伸量達到一定值時，其下的彈簧陸續(xù)斷裂，并同時在斷裂前端的石墨烯條帶上產(chǎn)生應(yīng)變梯度，當(dāng)應(yīng)變梯度區(qū)域抵達小滑塊時，滑塊即被驅(qū)動。顏色表示拉伸基底的應(yīng)變。