Kolloidala suspensioner av mikroskopiska partiklar visar komplexa och intressanta kollektiva beteenden. Särskilt, kolloidernas kollektiva dynamik är grundläggande och allestädes närvarande för materialsammansättning, robotrörelse, mikrofluidisk kontroll, och i flera biologiska scenarier. Den kollektiva dynamiken för instängda kolloider kan vara helt annorlunda än den för fria kolloider:t.ex. instängda kolloider kan självorganisera till virvelstrukturer, sammanhängande rörelse, eller olika fasbeteenden. Å ena sidan, på grund av komplexiteten hos kolloidala suspensioner, hur man finjusterar den kollektiva dynamiken hos instängda kolloider förblir svårfångad. Å andra sidan, eftersom mikroskala inneslutningen är på samma längd skala som den kolloidala storleken, det är svårt att avgöra hur kolloiderna samspelar med varandra och de geometriska begränsningarna.

Att studera det kolloidala kollektivet i fängelser, tidigare arbete har varit fokuserat på mikroskopisk visualisering och simuleringsmetod, saknar direkt bevis för att karakterisera den mekaniska egenskapen hos kolloidal interaktion. Kan denna mekaniska egenskap sonderas på ett direkt sätt eller uttryckas som kraftåterkoppling i realtid? Med hjälp av flytande grindteknik, svaret kan vara ja. Det ledande forskningsområdet "Liquid gating technology" valdes ut som "2020 Top Ten Emerging Technologies In Chemistry" som tillkännagavs av International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Liquid gating-teknologi tillåter vissa vätskor att selektivt öppna och stänga porer på begäran. Framförallt, vätskeportsmembran kan reagera på tryckförändringar, som också indikerar transmembranvätsketransportförmåga. Därför, att använda de tryckdrivna intrångsvätskorna som effektiva orsaker, mekaniken för de instängda kolloiderna kan bestämmas i realtid. I en ny forskningsartikel publicerad i Beijing-baserade National Science Review , forskare vid Xiamen University presenterar ett nytt paradigm för vätskeportsystemet som begränsar den magnetiska kolloidala suspensionen i en porös matris. Detta begränsade magnetiska kolloidsystem (CMCS) kan undersöka de mekaniska egenskaperna hos den kolloidala suspensionen i realtid, som visar förmågan att tillåta eller stoppa mikroskalflödet eller dynamiskt manipulera vätsketransporten.

Intressant, det verkar som att "frihet är inte gratis". För det första, de kolloidala suspensionerna fångas av den porösa matrisen. Dock, de instängda kolloiderna är också fria i sitt begränsade utrymme eftersom deras kollektiva dynamik är mycket kontrollerbar via magnetfältet. Den kollektiva konfigurationen av de instängda kolloiderna kännetecknas statistiskt och termodynamiskt av den kolloidala entropin. Under tiden, samspelet mellan de instängda kolloiderna och samspelet mellan den kolloidala suspensionen och geometriska begränsningar indikeras samtidigt av tryckvärdet. I synnerhet, tryckförändringen står i ett linjärt samband med entropiförändringen. Båda påverkas tydligt av de geometriska begränsningarna, packningsfraktion av kolloider, och magnetfältens styrkor och riktningar. Dessutom, som ett bevis på konceptet, detta system har demonstrerats för tillämpningar av dynamisk och förprogrammerad vätsketransport, fjärrfrisättning av läkemedel, mikrofluidisk logik, och kemisk reaktion, möjliggör hållbart antifouling-beteende.

Bortom magnetfältet, den rapporterade strategin för entropireglering av instängda kolloider är också tillämplig på andra externa stimuli, såsom akustiskt fält, ljusfält, elektriskt fält, och så vidare. Detta arbete skulle upplysa utnyttjandet för grundläggande forskning av kolloidal vetenskap, och applikationer som sträcker sig från vätsketransport, flerfasseparation, logisk mikrofluidik, till programmerbar godstransport. De fynd som beskrivs här skulle också fördjupa förståelsen av fenomen som svärmintelligens, cellulärt kollektiv, föroreningsbehandling med granulära partiklar, och stanna-och-gå i trafikstockning.