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水中微米大小的自航物体 ， 例如微米大小的机器人、基因工程细胞等 ， 因其作为水下载体和治疗环境或生物系统的探测器的潜在应用而备受关注.活的移动细胞可以对环境做出反应 ， 并通过相当大小的机器或机器人使用更少的能量移动 。 然而 ， 它们是生物学的事实限制了它们的应用 。 因此 ， 构建化学组织的软系统 ， 其中聚合物网络等分子组装体表现出模拟生物细胞运动的能力 ， 逐渐引起了研究人员和投资者的关注 。
最近 ， 已经报道了在水中表现出运动的微米级乳液液滴和巨型囊泡 。 此外 ， 已经证明了在外部刺激下液滴的趋化运动 ， 例如化学化合物的梯度场 和光照射 。 这些由软物质组成的自行推进的物体为非平衡物理学提供了一个重要的新兴课题 。 在这些研究中 ， 太田和大隈提供了一个基于对称性破坏的关于运动和形状变化之间关系的通用理论 。
【从分子水平上的扩散和对流流动的角度，科学家提出了可变形自航油滴的机理】这种通用分析和实验结果之间的比较对于理解细胞运动非常重要 ， 特别是在微观尺度上 ， 并且很少有微观系统能够克服界面张力并因此表现出变形 。 据我们所知 ， 目前还没有关于模仿水下变形虫运动的微米级自航软物质的报道 。 与白细胞、盘基网柄菌等 一样 ， 变形虫运动是一种与体形波动相关的细胞运动 。 因此 ， 表现出这种变形的微米级自推进软物质可以在非常狭窄的空间中用作水下载体或探针 ， 类似于白细胞侵入血管以攻击血管下方的肿瘤 。
在这里 ， 研究人员报告了一种水下油滴人工分子系统的开发 ， 该系统在亚毫米大小的隔间内表现出具有变形的自推进运动 ， 作为初始实验模型 。 这种油滴系统基于由马兰戈尼效应驱动的油滴运动和表面活性剂溶液中油滴表面周围的分子传输 。 在这项研究中 ， 科学家专注于具有烷基链的对环境无害的化合物 ， 这些化合物可以通过水热反应在类似于这些化合物在热液喷口处的亚毫米大小的烟囱隔间中积聚 。
此外 ， 对于在运动过程中表现出胞质溶胶-凝胶转变的变形虫细胞 ， 我们的油滴系统包括两种混溶化合物的混合物；脂肪醛和醇之间的吸引力导致混合油滴的空间异质性 。 这些化合物在酸性条件下也会形成乙缩醛 。 因此 ， 当这些油滴分散在表面活性剂正十六烷基三甲基溴化铵的酸性水溶液中时 ， 这种非均质性导致表面活性剂分子在油的表面和核心的吸附和溶解的差异 。 因此在该系统中实现了可变形的自推进油滴 。
从分子水平上的扩散和对流流动的角度 ， 科学家可以提出可变形自航油滴的机理 。 油滴的自推进运动可以解释为以下三个阶段 。 首先 ， 表面活性剂分子开始吸附到液滴表面 ， 液滴表面的不均匀性是由不均匀的表面活性剂浓度以及热波动引起的 。 这导致吸附表面活性剂分子的位点与液滴表面上的裸露位点之间的界面张力不平衡 。 接下来 ， 由于界面张力的不平衡 ， 油滴表面的流动由马兰戈尼不稳定性维持 ， 表明对称性破坏 。
马兰戈尼流动和随后的传质可能是由表面活性剂和油分子之间的分子间相互作用引起的 。 第三阶段 ， 液滴内外之间的动量通过马兰戈尼流进行交换 ， 液滴本身被驱向一定的方向 。 由于油滴和本体之间的通量平衡 ， 移动液滴所具有的表面活性剂越多 ， 液滴继续移动的次数就越多 。 然而 ， 在目前的体系中 ， 由于在电解质存在下表面活性剂分子之间的阳离子电荷排斥力降低 ， C16TAB分子可以快速吸附到自推进液滴的油水界面上 。 因此 ， 油水界面会产生较快的流动 。
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