本文討論了自然界中普遍存在的多孔介質和毛細流動現象，提細胞流體學的概念，即一個基于單位細胞的三維結構平臺，用于多相流動、運輸和反應過程的確定性控制，并展望了其廣闊的應用前景。

自然界中有很多通過進化優化的多相傳輸和反應過程的例子，這些現象發生在多個長度和時間尺度上，通常包括多孔介質中的氣-液-固界面和毛細現象。多孔介質和毛細流動在自然界中無處不在，對生物和生命系統的功能至關重要，其中植物是*典型的例子。

植物根部包裹在土壤中，土壤是一種多孔介質，其中地下水從潮濕區域分布到干燥區域。土壤中的顆粒堆積和液固界面影響養分溶解到周圍液相中。通過植物根部吸收的水和養分沿著木質部組織運輸到植物的葉子。葉子含有稱為氣孔的孔，可促進氣體和液體與周圍環境的交換。蒸騰過程由葉子中的水蒸發驅動，為水的連續毛細管傳輸創造了潛在的梯度。此外，用于光合作用的二氧化碳吸收和氧氣分解吸發生在葉片界面上。

天然存在的多孔介質非常豐富，范圍從有機物到無機物——例如，土壤、巖石、海綿、木材、骨骼、肺和腎臟。它們的合成對應物在商業和技術上都很重要，而且種類數量眾多，例如，紙張和吸收劑、編織和無紡材料、陶瓷和混凝土、過濾器和分離介質，以及組織支架和人造器官。然而，由于建模、材料和制造方法的限制，自然的復雜性和功能性，尤其是在流動、運輸和反應方面，仍然是****的。迄今為止，對流體過程的控制一直是這個新興領域的一個未充分探索的領域，開孔結構材料在控制多相傳輸和氣-液-固界面方面的全部潛力尚未實現。
Nikola A. Dudukovic等人提出了一個稱為細胞流體學的概念，這是一個基于單位細胞的三維結構平臺，用于多相流動、運輸和反應過程的確定性控制。他們證明了這些結構中的流動可以通過細胞類型、大小和相對密度的架構設計進行“編程”。通過結構化細胞材料的設計和制造，加上多相界面穩態和動態行為的分析和數值預測，可以提供三個維度的流體傳輸的確定性控制。這項研究將細胞流體技術視為傳統（微）流體技術的補充平臺，可以很容易地擴展到廣泛的應用領域。

為了了解多細胞結構中的流動，研究人員模擬了一個由五個堆疊的 BCC 單位細胞組成的列中的液體進程。前進氣液界面的形狀和演變是復雜的，具有動態形成的凹凸特征。填充單個晶胞的總時間隨著液體沿柱向上移動而增加，因為受重力影響的液體體積增加，*終在達到力平衡時停止。

盡管基于毛細管流動或靜態液體封閉有多種可能的用途，但細胞流體學的廣泛潛力是通過實施主動驅動的連續流動來實現的。研究人員通過控制細胞的類型、大小和相對密度，可以將流體流動的優先路徑編程到架構中。
建立在用于規定液體和氣體輸送的基于細胞的平臺上，復雜的細胞流體配置由新興的3D 打印技術實現，這些技術可以在宏觀區域和體積上快速圖案化微米和納米級特征，并可實現可擴展的、批量的生產。這種新型材料具有許多可能的設計自由度：它可以是單細胞或多細胞、1D 到 3D、同質或異質結構等，細胞流體學的應用領域同樣廣泛，包括吸收、蒸騰、混合、提取、沉積和反應等功能。將分析建模和數值模擬與實驗演示相結合，揭示了 3D 中的流體傳輸，并將解鎖以前無法獲得的結構、機械、化學、熱和其他功能特性的組合。因此，細胞流體學可能為多相現象開辟了一個廣闊的新設計前沿。對于細胞流體學來說，應用范圍有著無限的想象空間。設想一個重要的用例是在空間中控制液體的輸送，其中低重力和零重力條件允許表面張力驅動的流動以更大的孔徑和更長的長度尺度發生，從而實現諸如液體處理、燃料和氧化劑分配，以及診斷設備操作。（生物谷 bioon）