生活中，你是否也經歷過端水溢出、車上飲料晃出的尷尬？在工業運輸、醫療輸送以及實驗室操作等場景中，這種晃動可能造成更嚴重的問題。盡管現有的擋板、浮體等減晃結構在一定程度上有所幫助，但在復雜環境下仍難實現理想穩液。

近日，中國科學院理化技術研究所仿生智能界面科學中心董智超研究員、于存龍工程師團隊在液體穩定控制領域取得新進展。團隊從豬籠草和睡蓮中獲得啟發，協同利用界面浸潤性調控和結構設計兩種策略，通過連續3D打印技術制備出具有獨特界面設計的“雙仿生”穩液容器，在復雜動態場景下依然能保持液體高效穩定。相關研究論文已發表于《科學·進展》（Science Advances），論文通訊作者為董智超研究員和于存龍工程師，第一作者為2022級博士研究生馬潔。

研究團隊首先對多種野生及人工栽培的豬籠草進行系統觀察，發現豬籠草捕蟲籠的內壁上部蠟質區為超疏水，下部消化區為親水，在交界處形成一條特殊的“親水–超疏水”界線。這個界線就像“釘扎線”，能將水面牢牢“釘”住，對保證豬籠草消化液的穩定至關重要。風洞實驗進一步證實了這一點：當液面位于分界線附近時最穩定（圖1）。

團隊在豬籠草啟發的基礎上，引入睡蓮葉緣“缺角”結構，進一步抑制液體振蕩，并利用連續3D打印制備出“雙仿生”容器。測試顯示，與普通容器相比，仿生容器的穩液能力明顯提升：普通容器在振蕩約15次后便出現溢液，而雙仿生容器在5000次振蕩后液體仍無溢出（圖2）。

在真實環境中，手持雙仿生紙杯行走時液體不再溢出。研究人員還設計了更具挑戰性的測試，團隊將30個仿生杯搭建成四層“香檳塔”，固定于SUV車前，以10 km/h 的速度通過50個交替布置的減速帶。最終結果顯示，使用普通容器液體損失40%，而仿生杯塔內液體溢出率為0%，這一極具視覺沖擊的實驗直觀驗證了仿生容器在極端條件下的穩定性與技術可行性（圖3）。

研究表明，源自豬籠草的浸潤性界線與睡蓮缺角結構協同作用，可在實驗室與真實路面等多種動態環境中有效維持液體穩定。這一仿生設計不僅適用于日常便攜容器，也為工業運輸、航空航天以及醫療液體輸送等領域提供了全新的設計思路。

該工作得到國家自然科學基金委、國家重點研發計劃和中國科協青年人才托舉工程項目的支持。

論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz7099

DOI：10.1126/sciadv.adz7099

圖1. 具有異質浸潤性邊界的豬籠草結構及風洞實驗

圖2. 異質浸潤性界線與缺角結構協同作用顯著增強容器穩定液晃能力

圖3. 雙仿生容器在真實動態環境中的系統測試及與普通容器的對比結果