自然界中的生物體為了能夠很好地適應外界環(huán)境，在不斷進(jìn)化中擁有了自己獨.特的能力。早在宋代就有詩(shī)詞“出淤泥而不染，濯清漣而不妖"，這其中描述的是“荷葉效應"——荷葉表面由于具有特殊排列的微納米結構而表現出對水的排斥，這種現象被稱(chēng)為超疏水現象。由于具有超疏水結構的表面在自清潔、抗腐蝕、流動(dòng)減阻、油/水分離、微反應器和液滴操縱等領(lǐng)域具有較強的應用潛力。因此，通過(guò)“師法自然"的方法來(lái)設計并且制備出具有超疏水結構的仿生表面發(fā)展迅速?？蒲泄ぷ髡邆円呀?jīng)研究開(kāi)發(fā)了許多制取具有超疏水性質(zhì)的表面的方法，然而想精確制備具有復雜形狀的仿生微結構的方法卻不容易，并且通過(guò)單獨控制微結構的尺寸來(lái)精確控制表面的親疏水性質(zhì)也極其重要。

彈尾蟲(chóng)是一種依靠皮膚進(jìn)行呼吸的節肢類(lèi)昆蟲(chóng)，喜愛(ài)生活在陰暗潮濕的環(huán)境中，為了適應環(huán)境，彈尾蟲(chóng)在長(cháng)期的進(jìn)化中在表皮逐漸形成了微蘑菇結構，這種結構使得彈尾蟲(chóng)具有超疏液的性質(zhì)。受此啟發(fā)，湖南大學(xué)王兆龍助理教授、段輝高教授與上海交通大學(xué)鄭平院士合作，基于面投影微立體光刻3D打印技術(shù)制備了具有微蘑菇結構陣列的超疏水表面，液滴在該表面的接觸角達到了171°，并且展現花瓣效應。

圖1 仿生超疏水結構的設計及制備（A-C）彈尾蟲(chóng)光鏡圖及其表皮結構的掃描電子顯微鏡圖（D-E）面投影微立體光刻3D打印技術(shù)原理圖（F-H）3D打印平板、圓柱以及微蘑菇結構的的浸潤性對比（I）花瓣效應

通過(guò)工藝參數優(yōu)化，該團隊通過(guò)精準調控微結構的尺寸和間隙等物理特征參數對表面的浸潤性實(shí)現了可控調節，液滴在其表面上的接觸角可以從55°~171°變化。并且通過(guò)控制微蘑菇的高度有效調控表面與水滴的粘附力在71uN~99uN之間變化。

圖2. 通過(guò)精確控制微蘑菇的莖的直徑（d）、高度（h），蘑菇頭的直徑（D）、高度（H）以及相鄰蘑菇的間隙（G）可控調節表面的潤濕性。

圖3. 3D打印制備的超疏水微蘑菇結構應用于（A）微液滴化學(xué)反應（C）液滴無(wú)損轉移(D-F)液滴的可控融合(B)不同結構表面對水滴的粘附力

在此基礎上，團隊利用制備的仿生超疏水表面實(shí)現了微液滴的定向轉移和可控融合，搭建了可用于微液滴化學(xué)反應的反應臺。相關(guān)研究成果在生物醫療、分析化學(xué)以及微流控等領(lǐng)域具有重要的應用前景。

相關(guān)成果以題為3D-Printed Bioinspired Cassie–Baxter Wettability for Controllable Micro-droplet Manipulation的論文發(fā)表在A(yíng)CS Applied Materials & Interfaces上。其中論文的第一作者為湖南大學(xué)機械與運載工程學(xué)院碩士生尹球，共同第一作者為上海交通大學(xué)博士生郭晴以及湖南大學(xué)王兆龍助理教授，共同通訊作者為湖南大學(xué)王兆龍助理教授、段輝高教授及上海交通大學(xué)鄭平院士。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c18952

來(lái)源：高分子科技