微/納米顆粒的定向輸運在微電子機械系統以及生物醫學領域有著重要的應用前景。在微納米機械系統領域，對不同類型的納米顆粒進行精確操控一直是一個復雜的科學技術問題，需要有新的驅動機理來促進納米操控技術的進步。在生殖醫學領域，受精卵在輸卵管中的輸運是一個決定受孕成功率以及早期生命健康發育的關鍵環節，其輸運機理存在多種解釋，包括輸卵管內側纖毛擺動、輸卵管液流動輸運以及管壁節段波驅動等，但至今未有定論。為了科學解釋受精卵的輸運機理，需要深入研究微納米顆粒的輸運問題。

　　最近，中國科學院力學研究所仿生材料與固體的微尺度力學課題組采用模型實驗、理論以及分子動力學模擬方法系統研究了基底表面應變梯度場對基底上的宏/微觀物體驅動行為的影響，提出了一種新的基于應變梯度的驅動機理，該機理在宏觀、微觀以及納米尺度下均成立。主要成果如下：

　　（1）宏觀模型實驗（圖1）證實了乳膠泡在粘彈性基底的彈性應變梯度場驅動下會發生定向滾動。并且在理論上指出了滾動的主要影響因素、給出了滾動驅動力的封閉解（Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2014, 123, 49-52；J. Appl. Phys. 2014, 116, 164701）。

　　（2）分子動力學模擬證實了納米顆粒在應變梯度場的驅動下也可以發生定向運動，如圖2所示。驅動力由基底應變梯度場的大小決定（Scientific Reports, 2015, 5, 13675）。

　　該項研究提供了一種新的納米顆粒的輸運控制機理，為相關技術手段的發明提供了科學思想，奠定了理論基礎，也為受精卵在輸卵管中的輸運現象提供了一種新的解釋。

　　該工作得到了國家自然科學基金（11125211，11372317）及科技部重大科學研究計劃（2012CB937500）的支持，相關成果發表于Colloids and Surfaces B: Biointerfaces，J. Appl. Phys.以及Nature出版集團期刊Scientific Reports上。

　　圖1. 實驗裝置（A）示意圖，軟膠泡被放置在粘性熱塑性橡膠薄膜上，薄膜粘附在剛性基底上。拉伸薄膜的一側，在其中產生應變梯度，并且在與剛性基底接觸的界面處產生界面裂紋，當裂紋尖端抵達軟膠泡時，軟膠泡被驅動向前滾動。（B）實驗結果，軟膠泡沿著界面裂紋擴展的方向滾動。

　　圖2. 黑色剛性基底上放置一條石墨烯條帶，該條帶與剛性基底通過彈簧連接，上面放置一個小石墨烯滑片。當石墨烯條帶的拉伸量達到一定值時，其下的彈簧陸續斷裂，并同時在斷裂前端的石墨烯條帶上產生應變梯度，當應變梯度區域抵達小滑塊時，滑塊即被驅動。顏色表示拉伸基底的應變。