在没有附加力的情况下，甚至在没有重力的情况下，在固体表面高速长距离移动液滴，是一项艰巨的任务。但是，由香港城市大学(CityU)和其他三所大学及研究机构的科学家组成一个研究小组设计了一种新机制，可以在没有额外力输入的情况下，以创纪录的速度和距离运输液滴，液滴可以沿着垂直表面向上移动，这是以前从未实现过的。这种控制液滴运动的新策略在微流体装置、生物分析装置等领域具有广阔的应用前景。
传统液滴输送方法包括利用液滴表面的润湿梯度诱导驱动力，使液滴从疏水表面向亲水表面移动。然而，托换液滴的基本流体动力学特性存在局限性：液滴高速运输需要较大的润湿梯度，而长距离运输需要较小的润湿梯度，以减小液固表面的粘合力，从而限制了运输速度。为了克服这些挑战，研究人员设计了一种新策略，实现了液滴在不同基质上的单向自驱动运输。研究展示了前所未有的性能：最高传输速度(1.1m/s)是以前报道的10倍，代表最长的无限传输距离。
表面电荷密度的处理
这一突破的关键在于通过液体接触操纵表面电荷，这是第一次实现。研究小组首先将一串水滴滴在之前开发特别设计的超疏水(超疏水和超拒油)表面。当水滴撞击到表面时会立即扩散、收缩并从表面反弹回来。这导致电子从水滴中分离出来，受影响的表面带负电荷。通过调节液滴落在表面的高度，表面电荷密度逐渐发生变化，形成梯度。当液滴随后被放置在该表面时，表面电荷密度梯度起着驱动力的作用。液滴会自我推进，并向更高的电荷密度方向移动。
不同于化学梯度或形态梯度，一旦它们被创建就很难改变，电荷密度梯度可以很容易地改变，从而使液滴运动路径的重新编程成为可能。研究表明，液滴高速超长输运可以在室温下被激发，不需要额外的能量。这种液滴输运不仅表现在平面上，而且还表现在灵活的垂直放置的平面上。此外，各种液体可以运输，包括那些低表面张力，低介电常数，血液和盐溶液。
微流体器件的应用潜力
研究人员设想，利用表面电荷密度梯度来编程液滴传输的创新，这是以前没有探索过的，将开辟一个新研究方向和应用潜力。例如，在生物医学中，具有优先电荷密度梯度的表面设计可能会影响细胞迁移和其他行为，这一策略可以应用于微流体芯片实验室设备和生物分析设备，以及材料科学、流体动力学等领域。
