具体实施方式

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下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照 说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一 个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1：

一种用于智能操纵液滴的跨物种生物激发原位可逆三重可切换润湿性表 面结构，该润湿性表面结构的加工方法包括以下步骤：

步骤一、采用飞秒激光直写技术(功率为300mW，扫描速度为20mm/s， 扫描次数为350次)，在聚四氟乙烯(厚度800μm)上制作直径为140μm的微 孔阵列作为模板，如图1c所示；

步骤二、将双面胶带紧紧粘在聚四氟乙烯模板的底部，将聚二甲基硅氧 烷、固化剂和羰基铁粉(粒径3-5μm，纯度≥99.9％)的混合物浇注在聚四氟 乙烯模板中，然后在真空腔中脱气10min，用刀去除过量的混合物，形成微 米柱阵列(如图1d和图1e所示)；其中，聚二甲基硅氧烷和固化剂为道康 宁184硅橡胶，是由液体组分组成的分套件产品，包括基本成分和固化剂 (Sylgard 184，Dow Corning)；聚二甲基硅氧烷、固化剂和羰基铁粉的质量 比为10:1:4；

步骤三、将硅胶(Dragon Skin 10Slow，美国，A：B＝1:1，重量比)浇 铸在聚四氟乙烯模板上，并在真空腔中脱气5min，使用匀胶机将硅胶涂层旋 涂(旋涂的速度为500r/min；旋涂的时间为60s)，然后在130℃的烘箱中固 化30min，使硅胶与微米柱阵列组合为整体(如图1f所示)，将聚四氟乙烯 模板剥离取下，得到超疏水高粘附表面结构(如图1g所示)；

步骤四、飞秒激光(激光功率为200mW，扫描速度为30mm/s)以交叉 网格线的方式对步骤三得到的超疏水高粘附表面结构进行修饰，得到用于智 能操纵液滴的跨物种生物激发原位可逆三重可切换润湿性表面结构(如图1h 所示)；得到的原位可逆三重可切换润湿性表面结构可以将自然界中三种典 型的润湿表面原型巧妙地集成在一起，以生成原位可逆三重可切换润湿性表 面(图1a-b所示)；

为了更好地了解制备的原位可逆三重可切换润湿性表面结构及其变化， 采用扫描电子显微镜表征和分析表面微观形貌的变化；在步骤四的飞秒激光 修饰之前，原始硅胶基板和微米柱的顶部都比较光滑(图2a-c)。液滴在硅 胶基底上显示出接触角(CA)≈106.4°的疏水性(图2g)，而在微米柱的顶部 则表现出超疏水性(CA≈152.5°)(图2h)，这归因于由微米柱阵列顶部形 成的文泽尔模型。当样品旋转180°时，无论是硅胶基板还是微米柱阵列上的 液滴都不会脱落，表现出高附着力(图2g-h)。

在步骤四的激光修饰后，可以发现硅胶基板和微米柱顶部均匀覆盖有菜 花状微纳米结构颗粒(图2d-f)，这些颗粒是由激光烧蚀和烧蚀过程中沉积 产生的，因此，硅胶基板的疏水性从106.4°变化到135.1°(图2i)，而微米 柱顶部液滴的CA(≈153.2°)几乎没有变化(图2j)，因为微米柱表面的CA 主要由微米柱阵列本身决定，而不是其顶部的微观形貌。此外，如图2i所示， 由于其材料特性，在激光修饰后，液滴仍然牢固地固定在硅胶基板上。与此 形成鲜明对比的是，微米列阵列上液滴的滚动角(RA)降低至5.3°(图2j)。 并且微米柱的表面对液滴表现出超疏水低粘附性，但硅胶基材显示出高粘附 性。此外，在对硅胶基板逐渐施加拉力后，硅胶基板上的微米柱排列规则， 不会发生不可控制的变形和扭曲(图2k-l)。

通过逐渐施加或去除张力的简单方法，该结构可以在莲花状效应、稻叶 状各向异性和玫瑰花瓣状效应三重润湿状态之间以原位可逆的方式切换。

为此，首先测试结构的拉伸性能。如图3a所示，在拉伸时，结构的长度 (L₀)逐渐增加到λL₀，其中λ表示结构的拉伸比。p_x和p_y分别是沿x和y轴 的微米列的间距(p)。该结构可以拉伸至λ＝3并在20次循环后恢复其原始形 状而没有任何破损或可观察到的变形(图3b)，表明其具有优异的拉伸性能。 同时，可以发现，当p＝400、p＝500和p＝600μm时，p_x随λ的增加而增加。 然而，p_y减少(图3c)。由于表面的动态可切换润湿性，拉伸比(λ)和液滴 沿x(RA_x)和y轴(RA_y)的滚动角如图3d-e所示。RA_x和RA_y都随着拉伸比(λ) 逐渐增加。需要特别注意的是，当p＝400μm时，RA_x和RA_y随λ的增加而增 加，但两个方向的滚动角都很小，导致没有玫瑰花瓣效应。当p＝500μm且 λ≥2.5时，液滴将固定在表面上。作为比较，当p＝600μm和λ＝2时，玫瑰花 瓣状钉扎现象已经出现。上述分析结果证实了实验中间距选择p＝500μm，这 有助于三重润湿表面设计的可行性，包括λ＝1的荷叶状各向同性，1＜λ＜2.5 的稻叶状各向异性，以及类似玫瑰花瓣的效果，λ≥2.5。

在没有外力的原始状态下，可以看到硅胶基板沿x和y轴被相同间距的 微米柱覆盖(图3f)。值得注意的是，该结构表面呈现出明显的荷叶状表面 效果。作为验证，通过注射器将液滴(液滴直径d大于微米柱间距p)放置 在微米柱表面，可以清楚地看到液滴是球形的。同时，由于沿x和y轴的能 量势垒相同，两个方向上的RA几乎相同(图3f)。

利用良好的拉伸性能，在施加外拉力后，不仅拉伸比(λ)随着外拉力的 增加而增加，而且表面的各向异性特征也趋于明显。需要强调的是，液滴在 x方向的RA始终大于其在y方向的RA，导致液滴更容易沿y方向移动(图 3g)。根据上述结果，由于拉伸作用对微观结构的调整赋予其类似稻叶的各 向异性。

微米列沿x轴的间距随着张力的增加而增加。当液滴的直径小于沿x轴 的微米柱间距(p_x)时，如图3h所示，液滴滚入微米柱之间的凹槽并与硅胶 基材充分接触，其中它被牢牢固定。即使样品旋转90°，液滴也不会滚落，表 明结构已成功切换到玫瑰花瓣状状态(图3i)。

如上所述，在受到拉力的作用下，表面可以原位从荷叶状效果转变为稻 叶状各向异性，再到玫瑰花瓣状效果。随后发现，在缓慢降低拉力后，润湿 状态正好相反。如图3j所示，微米列沿x轴的间距(p_x)随拉力的增加而减小。 当p_x<d时，液滴从凹槽中被挤出回到微米列的顶部(图3k)。该结构切换 回各向异性模式(图3l)。进一步减小张力直至完全释放，可以发现液滴在 受重力影响倾斜时立即从表面脱落，证实润湿模式原位改变为荷叶状表面(图 3m)。

为了验证用于智能操纵液滴的跨物种生物激发原位可逆三重可切换润湿 性表面结构的自清洁效果，设计了对比实验，测试飞秒激光修饰前后微米柱 表面的防污性能。将飞秒激光修饰前后的两个样品完全浸入罗丹明溶液中5 分钟。如图4a所示，可以看出，与飞秒激光修饰前的表面相反，修饰后的表 面没有发现罗丹明残留，在原始荷叶效应状态下表现出优异的防污和自清洁 性能。

为了进一步评估拉伸控制下的各向异性润湿效果，首先将样品拉伸至 λ＝1.5，然后添加液滴。由于微米柱内存在羰基铁粉，可以看出液滴通过定向 传输(图4b)。进一步拉伸至λ＝2.0后，实现了多个液滴的并行传输，如图 4c所示。如上所述，将动态可控的稻叶状各向异性表面应用于液滴的定向传 输，为微流体控制开辟了一条新途径。

在此基础上，将用于智能操纵液滴的跨物种生物激发原位可逆三重可切 换润湿性表面结构用于液滴的捕获、垂直输送和释放，类似一种可自由伸缩 的“机械手”，(图4d-e)。将润湿性表面结构倒置，并将两个液滴放置在 其下方的PDMS超疏水膜上。在进一步拉伸到λ＝2.5时，值得注意的是现在 d<p_x，设备向下移动，直到到达液滴可以以高附着力接触硅胶基板的位置。 依次实现了液滴的捕获。然后，将润湿性表面结构向上移动至目标预定位置， 完成液滴的垂直输送。最后，随着张力的减小，液滴被挤出以完成液滴释放。 由上可知，基于润湿性表面结构，可以通过其原位可逆模式的三重润湿性开 关实现对液滴的多样化操控，包括但不限于表面自清洁、液滴定向传输、液 滴的捕获、垂直传输和释放。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方 式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领 域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范 围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图 例。