近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院杜學(xué)敏副研究員團(tuán)隊成功設(shè)計出形狀記憶微陣列，并探索了該微陣列結(jié)構(gòu)在液滴浸潤特性調(diào)控與微結(jié)構(gòu)可控復(fù)制應(yīng)用。該項研究成果以Tunable shape memory polymer mold for multiple microarray replications（形狀記憶高分子模板用于多種微結(jié)構(gòu)可控復(fù)制）為題發(fā)表在材料領(lǐng)域權(quán)威期刊Journal of Materials Chemistry A（材料化學(xué)A）（IF: 9.93，J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA04763D）上，論文第一作者為課題組研究助理王娟，通訊作者為杜學(xué)敏副研究員。
近年來，微納米陣列結(jié)構(gòu)在抗冰、抗生物粘附及細(xì)胞操控等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，傳統(tǒng)的微陣列結(jié)構(gòu)制備主要采用光刻技術(shù)，不僅制備成本高昂、工藝繁瑣、耗時長久，而且所制備的微陣列結(jié)構(gòu)在撤去外力后無法維持可控形變，極大限制了微陣列結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用。為解決該問題，杜學(xué)敏博士研究團(tuán)隊在前期工作中通過仿生大自然中含羞草等植物可控形變特性（Advanced Materials, 2017, 29, 1702231；Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120），結(jié)合形狀記憶材料成功實現(xiàn)了材料宏觀形變維持（Advanced Functional Materials, 2018, 1801027）。前期研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)形狀記憶材料所在環(huán)境溫度，可實現(xiàn)材料的可控拉伸形變，且在外力撤銷后仍可維持良好宏觀形變，該研究結(jié)果為解決上述問題提供了新策略，然而微觀尺度的形變特性如何仍有待探索。
圖1. （A-C）形狀記憶微柱陣列結(jié)構(gòu)在拉伸至20%，40%及60%后的形貌連續(xù)可控變化，及在外力撤銷后形變維持；（D，E）形狀記憶微柱陣列可控拉伸形變后表面浸潤特性改變及微結(jié)構(gòu)形貌改變
在前期研究基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊更進(jìn)一步探索了形狀記憶材料在微觀尺度上的形狀記憶特性。研究團(tuán)隊采用形狀記憶材料制備形狀記憶微陣列，發(fā)現(xiàn)僅需較小程度拉伸（60%），即可實現(xiàn)該微陣列材料較大表面浸潤特性改變（21°），且在10次以上可控浸潤特性循環(huán)改變后，微觀結(jié)構(gòu)的形狀回復(fù)率仍高達(dá)91%。更重要的是，采用一個形狀記憶微陣列結(jié)構(gòu)作為模具，通過不同程度拉伸，可復(fù)制出一系列連續(xù)形變微陣列結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果不僅為液滴浸潤特性調(diào)控提供了全新方案，而且也實現(xiàn)了多樣化微結(jié)構(gòu)陣列的批量、低成本可控復(fù)制，有望促進(jìn)微陣列結(jié)構(gòu)在抗生物粘附、液滴操控、智能干膠等方向?qū)嶋H應(yīng)用。
圖2. 采用不同拉伸程度的形狀記憶微柱陣列復(fù)制出來的系列連續(xù)形變的PDMS微陣列
該研究工作得到了科技部重點研發(fā)專項（2017YFA0701303）、廣東省引進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊（2013S046）、廣東省特支計劃（2015TQ01R292）、粵港科技合作資助計劃（2017A050506040）、深圳市孔雀團(tuán)隊以及深圳市基礎(chǔ)研究（JCYJ20170307164610282）等項目的資助。
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