全球超20亿人受水资源短缺影响，在干旱和半干旱地区，气候变化、人口增长及不可持续的用水方式进一步加剧了这一问题。雾作为可持续的淡水资源，具有巨大开发潜力，而受蜘蛛丝启发的周期性纺锤结微纤维，因能通过拉普拉斯压力差实现液滴定向运输与聚并，成为高效雾收集材料。然而，其传统制备技术（如电纺法、浸涂法、常规微流控法）存在结构均匀性差、涂层一致性低、操作条件苛刻等局限，且现有微纤维的润湿性大多固定，难以适配复杂多变的环境，制约了其规模化应用与效率提升。

近期，韩国高丽大学研究团队提出一种微泡介导的微流控制备方法，利用蠕动泵产生的脉动流促使微泡聚并，结合热响应性聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）基材料，成功制备出具有周期性纺锤结结构的智能纺锤微纤维（SSMs）。其独特的粗糙亲水表面与纺锤结-连接点结构延长了三相接触线、形成拉普拉斯压力梯度，配合PNIPAm的温敏润湿性调控，实现了0.046 g·min^-1的雾水收集速率（为此前报道最高值的161%），且在温度循环中保持稳定性能，为干旱半干旱地区大规模雾水收集提供了高效解决方案。相关研究以“Microbubble‐Mediated Synthesis of Smart Spindle Microfibers for Fog Harvesting”为题目，发表在期刊《Small》上。

本文要点：

1、该研究提出一种基于微气泡的微流控新方法，用于制备智能纺锤形微纤维（SSMs），以解决全球水资源短缺问题。

2、研究团队受蜘蛛丝启发，将微气泡与热响应性聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）基材料结合，借助蠕动泵产生的脉动流促使微气泡聚并，成功制备出具有周期性结和连接结构的SSMs。

3、其独特的纺锤结结构及粗糙亲水表面，能延长三相接触线、增大收集水滴体积，促进大水滴快速脱离，雾收集速率达0.046g/min，是此前报道效率的161%。

4、SSMs具备可调的形态和理化特性，核心流速为100 μL/min时能形成结构均衡的纺锤结；因PNIPAm的热响应性，其在不同温度下可调节润湿性，低温（低于32℃临界溶液温度）时亲水、高温时相对疏水，且在温度循环中保持稳定的收集效率。

5、在雾收集性能方面，SSMs通过成核、传输、聚并、脱离四阶段高效收集雾气，相较于普通直微纤维，水滴脱离时间更早、体积更大，30分钟内收集水量显著更多。

6、此外，SSMs具有良好的弹性和可拉伸性，可编织成不同交叉角度的纤维网络，且制备速度快，具备大规模应用潜力，为干旱、半干旱等水资源匮乏地区提供了高效的集水解决方案。

与传统纺锤结微纤维制备方法相比，微泡介导的微流控方法有哪些优势？

图1. 智能纺锤形微纤维（SSMs）的制备。(a) 微纤维形成过程中，蠕动泵驱动的脉动流诱导微气泡聚并的示意图。(b) 微气泡介导合成 SSMs 的微流控方法示意图。(c) 微气泡通过蠕动泵前后的尺寸变化：(i) 泵前微气泡，(ii) 泵后微气泡。(d) SSMs 制备过程中，蠕动泵运行时的微气泡尺寸分布。(e) 蠕动泵流率为 100 μL・min^-1 时，有无微气泡存在下 SSMs 生成过程中的压力波动对比。(f) 微气泡辅助制备的 SSMs 示意图及显示纺锤结结构的 SSMs 光学图像。

图2. SSMs 的形貌与表面特性。(a) SSMs 关键几何特征（高度、直径、宽度、间距）的示意图。(b) 微流控制备过程中核心流率与 SSMs 平均高径比、间距-宽度比的关系。(c) SSMs 高度和宽度的温度依赖性。(d) 不同核心流率下制备的 SSMs 形貌光学图像：(i) 50 μL・min^-1，(ii) 100 μL・min^-1，(iii) 150 μL・min^-1。(e) 不同温度（(i) 23℃、(ii) 35℃、(iii) 60℃）对 SSMs 形貌影响的光学图像。(f) SA-N、SA-MBs 和 SA-N/MBs 水凝胶在不同温度下的接触角变化。(g) (i) 直微纤维和 (ii) SSMs 的光学图像；(iii) 直微纤维表面、(iv) SSMs 纺锤结处、(v) SSMs 连接段粗糙表面的扫描电子显微镜（SEM）图像。

图3. SSMs 的雾收集性能。(a) 测量 SSMs 雾收集能力的实验装置示意图。(b) 雾收集过程的四个阶段：(i) 成核，(ii) 运输（插图为拉普拉斯压力驱动 SSMs 上液滴定向运动的示意图），(iii) 聚并，(iv) 脱落。(c) 直微纤维 (i) 与 SSMs (ii) 雾收集行为的光学图像对比。(d) 多结液滴融合驱动 SSMs 上水滴脱落的光学图像。(e) 水滴从 (i) 直微纤维、(ii) SSMs 多纺锤结处脱落时的三相接触线（TCL）示意图。

图4. SSMs 的雾收集能力。(a) SSMs 与直微纤维的初始液滴脱落时间及最大液滴体积对比。(b) 直微纤维与 SSMs 上液滴体积随时间的变化。(c) 相同收集时间内，SSMs 与直微纤维的集水量对比，凸显雾收集效率差异。(d) SSMs 在低于、接近及高于最低临界溶解温度（LCST，35℃）的不同温度下的雾收集效率。(e) 循环温度变化下 SSMs 的雾收集效率，体现其稳定的性能重复性。(f) SSMs 在不同环境条件下的热适应性示意图。

图5. 大规模集水用 SSMs 纤维网络。不同交叉角度（45° 和 90°）编织的 SSMs 纤维网络：(a) 初始编织结构，(b) 对应的集水状态。(c) 不同交叉角度下的最大液滴直径。(d) 各类已报道微纤维的雾收集效率对比，本研究制备的 SSMs 表现最优（数据来源于不同实验条件下的已发表文献）。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202509852

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