上海交通大学马卓晨、韩冰AFM：实现磁控可切换润湿的“仿跳虫皮肤”

引言：跳虫是一种令人着迷的小型昆虫， 它们依靠皮肤进行呼吸，能在在复杂的潮湿环境中生存。这种独特的本领归因于其皮肤上致密分布的双折返微阵列。这些微阵列能够排斥包括水、油、和乙醇在内的不同表面张力液体，展现出极佳的超疏液性能。这种独特的双折返微结构为静态超排斥表面的开发提供了重要启发，但要将其应用于动态、原位、快速切换的润湿性微系统中，仍然十分具有挑战性。针对这一问题，上海交通大学的马卓晨副教授与韩冰副教授等人借助双光子光刻辅助模塑法(TPLAM)开发了一种实时响应性的柔性双折返微结构仿跳虫皮肤。在磁场的控制下，轻松实现对于不同表面张力液体的原位快速润湿性切换。进一步地，研究团队证明了动态仿生微结构皮肤在药物递送领域的潜在价值。这项成果让智能微结构从自然启发真正走向工程实践，在微系统润湿调控和精准医疗应用之间架起了桥梁。相关研究成果以“Springtail-Inspired Doubly Reentrant Soft Microstructures With Magnetically Switchable Wettability Fabricated by Two-Photon Lithography-Assisted Molding”为题，近期发表于《

Advanced

Functional

Materials

研究亮点：

1. 实时响应，精准切换多种液体润湿性

研究团队利用 TPLAM 技术，构建了基于磁弹性体的双重折返结构。所形成的微结构在外部磁场作用下可在 1 s内实现快速变形，从而显著改变其边界角，实现对广泛液体（表面张力范围 12.0–72.8 mN/m）的润湿状态快速切换。

图1：磁控微结构实现不同表面张力液体润湿性的快速切换

2. “微栏-微柱”协同设计，突破浸没环境限制

为确保仿生微结构在更复杂的液体环境中的稳定工作，团队设计了独特的双折返“微栏-微柱”协同结构即使在完全浸没于低表面张力液体（如乙醇）中，依然可保持快速润湿性调控能力，为其在复杂流体环境中的应用奠定基础。

图2：在乙醇完全浸没环境中仍具优异润湿性可调能力

3. “藏药于柱”，磁控精准释放

借助柔性硅胶材料和无需化学涂层的设计，该仿生微结构展现出良好的生物相容性。基于构建的仿生微结构，研究团队进一步在微柱间隙中预装可溶性药物颗粒，利用微结构的液下拒液性，实现对药物的有效封存。当外部磁场激活结构变形后，液体迅速渗入，溶解并释放药物，从而实现精准、可控的靶向药物释放。这一过程无需接触，无线操控，为靶向药物递送提供了全新策略。

图3：基于磁响应润湿调控的药物递送系统

结语：那些看似微不足道的生物，往往孕育着改变未来的可能。本研究以跳虫皮肤的微观结构为启发，借助双光子光刻技术，构建出具备动态、原位、快速切换润湿性的柔性智能表面，并探究了其在生物医疗领域的潜在应用。展望未来，随着精密制造与仿生科学的深度融合，仿生动态微结构有望成为新一代智能微系统的关键单元，在生物医疗、环境控制、柔性电子等领域发挥重要作用。

论文信息：

Springtail-Inspired Doubly Reentrant Soft Microstructures With Magnetically Switchable Wettability Fabricated by Two-Photon Lithography-Assisted Molding

论文链接

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202510215

来源：高分子科学前沿

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