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  日常生活中，大部人都被蚊子叮咬過。無孔不入的蚊子可以在人體任意位置叮咬，快速產(chǎn)生鼓包，這個過程往往給人們帶來了許多困擾。然而從另一個角度看，叮咬過程實質(zhì)上可以認為是一種在皮膚任意曲面上快速構建表面結(jié)構的方式。相較于現(xiàn)有的微加工方法，蚊子叮咬產(chǎn)生結(jié)構的方式快速且靈活。究其根本原因是由于人體為了維持內(nèi)部穩(wěn)態(tài)結(jié)構而導致體液遷移、聚集在叮咬部位，從而產(chǎn)生結(jié)構。借鑒上述過程，浙江大學趙騫教授團隊提出了一種基于液體遷移的新型微加工策略。

圖1. 蚊子叮咬產(chǎn)生鼓包

  具體而言，研究團隊設計了含光動態(tài)雙硫鍵的聚合物網(wǎng)絡，并將該聚合物網(wǎng)絡溶脹于具有高熱穩(wěn)定性的石蠟液體中，得到石蠟凝膠。此時，當對凝膠表面施加局部光照時，如圖2所示，光照區(qū)域由于雙硫鍵的交換而引起網(wǎng)絡拓撲結(jié)構重排，誘導周邊液體石蠟向曝光區(qū)域遷移富集，形成表面結(jié)構。

圖2. 動態(tài)網(wǎng)絡在光照時的變化機理

  在上述微加工策略下，圖3展現(xiàn)出了具體的加工結(jié)果，其中微結(jié)構的生成僅需10s，同時結(jié)構精度能達到亞微米級。

圖3. 光照時間(A), 交聯(lián)劑含量(B), 對所得到微結(jié)構尺寸的影響. (C)所構筑結(jié)構寬度對最終生成結(jié)構的高寬比的影響. (D)(E)所得到的各類表面微結(jié)構

  進一步，本研究以數(shù)字掩膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物理掩膜，大大增加了表面圖案的設計性和靈活度。通過軟件設計相關圖案并進行程序化曝光，材料表面即可形成形態(tài)各異的微結(jié)構，包括階梯狀、山脈狀。通過合理的曝光設計，該方法甚至可以在同一表面同時構筑上凸與下凹結(jié)構，這是一般加工方法所難以實現(xiàn)的。此外，材料內(nèi)部的液體遷移可以通過后續(xù)曝光重新調(diào)整其移動方向，從而實現(xiàn)對表面微結(jié)構的動態(tài)調(diào)控。如圖4(F)所示，原先的山脈結(jié)構，通過光照區(qū)域的調(diào)節(jié)，山峰與山谷高度將發(fā)生動態(tài)切換。

圖4. (A)數(shù)字化掩膜過程, (B)光照時間的影響, (C)階梯狀結(jié)構, (D)山脈狀結(jié)構, (E)既有凸起又有凹陷的立方體結(jié)構, (F)凝膠表面結(jié)構的動態(tài)調(diào)控

  由于該方法的結(jié)構產(chǎn)生僅需要內(nèi)部液體遷移，因此這種加工方式將擺脫材料表面形態(tài)的限制，實現(xiàn)任意曲面下的微結(jié)構加工，如5所示。相比于傳統(tǒng)的微結(jié)構加工方式，該方法突破了二維加工的限制，為三維曲面微結(jié)構加工提供了一種新的思路。

圖5. 曲面的微結(jié)構加工

  相關工作以“Homeostatic growth of dynamic covalent polymer network toward ultrafast direct soft lithography”為題發(fā)表于Science子刊Science Advances (Sci. Adv. 2021, 7: eabi7360)，趙騫教授為通訊作者，陳狄博士為第一作者，浙江大學寧波研究院為第一完成單位。工作獲得了國家自然基金委以及浙大寧波研究院科研啟動經(jīng)費的支持。

  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi7360