生活中，你是否也经历过端水溢出、车上饮料晃出的尴尬？在工业运输、医疗输送以及实验室操作等场景中，这种晃动可能造成更严重的问题。尽管现有的挡板、浮体等减晃结构在一定程度上有所帮助，但在复杂环境下仍难实现理想稳液。

近日，中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心董智超研究员、于存龙工程师团队在液体稳定控制领域取得新进展。团队从猪笼草和睡莲中获得启发，协同利用界面浸润性调控和结构设计两种策略，通过连续3D打印技术制备出具有独特界面设计的“双仿生”稳液容器，在复杂动态场景下依然能保持液体高效稳定。相关研究论文已发表于《科学·进展》（Science Advances），论文通讯作者为董智超研究员和于存龙工程师，第一作者为2022级博士研究生马洁。

研究团队首先对多种野生及人工栽培的猪笼草进行系统观察，发现猪笼草捕虫笼的内壁上部蜡质区为超疏水，下部消化区为亲水，在交界处形成一条特殊的“亲水–超疏水”界线。这个界线就像“钉扎线”，能将水面牢牢“钉”住，对保证猪笼草消化液的稳定至关重要。风洞实验进一步证实了这一点：当液面位于分界线附近时最稳定（图1）。

团队在猪笼草启发的基础上，引入睡莲叶缘“缺角”结构，进一步抑制液体振荡，并利用连续3D打印制备出“双仿生”容器。测试显示，与普通容器相比，仿生容器的稳液能力明显提升：普通容器在振荡约15次后便出现溢液，而双仿生容器在5000次振荡后液体仍无溢出（图2）。

在真实环境中，手持双仿生纸杯行走时液体不再溢出。研究人员还设计了更具挑战性的测试，团队将30个仿生杯搭建成四层“香槟塔”，固定于SUV车前，以10 km/h 的速度通过50个交替布置的减速带。最终结果显示，使用普通容器液体损失40%，而仿生杯塔内液体溢出率为0%，这一极具视觉冲击的实验直观验证了仿生容器在极端条件下的稳定性与技术可行性（图3）。

研究表明，源自猪笼草的浸润性界线与睡莲缺角结构协同作用，可在实验室与真实路面等多种动态环境中有效维持液体稳定。这一仿生设计不仅适用于日常便携容器，也为工业运输、航空航天以及医疗液体输送等领域提供了全新的设计思路。

该工作得到国家自然科学基金委、国家重点研发计划和中国科协青年人才托举工程项目的支持。

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

DOI：10.1126/sciadv.adz7099

图1. 具有异质浸润性边界的猪笼草结构及风洞实验

图2. 异质浸润性界线与缺角结构协同作用显著增强容器稳定液晃能力

图3. 双仿生容器在真实动态环境中的系统测试及与普通容器的对比结果