近日，中國科學院深圳先進技術研究院杜學敏副研究員團隊成功設計出形狀記憶微陣列，并探索了該微陣列結構在液滴浸潤特性調控與微結構可控復制應用。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構可控復制）為題發(fā)表在材料領域權威期刊Journal of Materials Chemistry A（材料化學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，通訊作者為杜學敏副研究員。
近年來，微納米陣列結構在抗冰、抗生物粘附及細胞操控等領域應用廣泛。然而，傳統(tǒng)的微陣列結構制備主要采用光刻技術，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構在撤去外力后無法維持可控形變，極大限制了微陣列結構實際應用。為解決該問題，杜學敏博士研究團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構在拉伸至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構形貌改變
在前期研究基礎上，研究團隊更進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，微觀結構的形狀回復率仍高達91%。更重要的是，采用一個形狀記憶微陣列結構作為模具，通過不同程度拉伸，可復制出一系列連續(xù)形變微陣列結構。相關成果不僅為液滴浸潤特性調控提供了全新方案，而且也實現(xiàn)了多樣化微結構陣列的批量、低成本可控復制，有望促進微陣列結構在抗生物粘附、液滴操控、智能干膠等方向實際應用。
圖2. 采用不同拉伸程度的形狀記憶微柱陣列復制出來的系列連續(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）、廣東省引進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊（2013S046）、廣東省特支計劃（2015TQ01R292）、粵港科技合作資助計劃（2017A050506040）、深圳市孔雀團隊以及深圳市基礎研究（JCYJ20170307164610282）等項目的資助。
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