浙大赵骞教授团队《Sci. Adv.》：蚊子的启示-材料表面微加工新策略
日常生活中，大部人都被蚊子叮咬过。无孔不入的蚊子可以在人体任意位置叮咬，快速产生鼓包，这个过程往往给人们带来了许多困扰。然而从另一个角度看，叮咬过程实质上可以认为是一种在皮肤任意曲面上快速构建表面结构的方式。相较于现有的微加工方法，蚊子叮咬产生结构的方式快速且灵活。究其根本原因是由于人体为了维持内部稳态结构而导致体液迁移、聚集在叮咬部位，从而产生结构。借鉴上述过程，浙江大学赵骞教授团队提出了一种基于液体迁移的新型微加工策略。
图1. 蚊子叮咬产生鼓包
具体而言，研究团队设计了含光动态双硫键的聚合物网络，并将该聚合物网络溶胀于具有高热稳定性的石蜡液体中，得到石蜡凝胶。此时，当对凝胶表面施加局部光照时，如图2所示，光照区域由于双硫键的交换而引起网络拓扑结构重排，诱导周边液体石蜡向曝光区域迁移富集，形成表面结构。
图2. 动态网络在光照时的变化机理
在上述微加工策略下，图3展现出了具体的加工结果，其中微结构的生成仅需10s，同时结构精度能达到亚微米级。
图3. 光照时间(A), 交联剂含量(B), 对所得到微结构尺寸的影响. (C)所构筑结构宽度对最终生成结构的高宽比的影响. (D)(E)所得到的各类表面微结构
进一步，本研究以数字掩膜代替传统的物理掩膜，大大增加了表面图案的设计性和灵活度。通过软件设计相关图案并进行程序化曝光，材料表面即可形成形态各异的微结构，包括阶梯状、山脉状。通过合理的曝光设计，该方法甚至可以在同一表面同时构筑上凸与下凹结构，这是一般加工方法所难以实现的。此外，材料内部的液体迁移可以通过后续曝光重新调整其移动方向，从而实现对表面微结构的动态调控。如图4(F)所示，原先的山脉结构，通过光照区域的调节，山峰与山谷高度将发生动态切换。
图4. (A)数字化掩膜过程, (B)光照时间的影响, (C)阶梯状结构, (D)山脉状结构, (E)既有凸起又有凹陷的立方体结构, (F)凝胶表面结构的动态调控
由于该方法的结构产生仅需要内部液体迁移，因此这种加工方式将摆脱材料表面形态的限制，实现任意曲面下的微结构加工，如5所示。相比于传统的微结构加工方式，该方法突破了二维加工的限制，为三维曲面微结构加工提供了一种新的思路。
图5. 曲面的微结构加工
相关工作以“Homeostatic growth of dynamic covalent polymer network toward ultrafast direct soft lithography”为题发表于Science子刊Science Advances (Sci. Adv. 2021, 7: eabi7360)，赵骞教授为通讯作者，陈狄博士为第一作者，浙江大学宁波研究院为第一完成单位。工作获得了国家自然基金委以及浙大宁波研究院科研启动经费的支持。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi7360
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