自然界的動植物給我們提供了很多功能性結構的設計靈感， 促進了仿生智慧結構研究的發展。 其中多功能表面的仿生微結構， 特別是受植物葉子啟發的超疏水表面結構， 由於其非常廣泛的實際應用而受到越來越多的關注。 該超疏水結構具有很高的科學研究和經濟應用價值， 例如在自清潔， 抗腐蝕， 油/水分離， 微反應器和液滴操作等領域的應用。
圖一， 仿生超疏水結構的設計， （a-c）Salvinia Molesta植物超疏水葉片上的打蛋器微結構示意圖， （d）3D列印打蛋器微結構和平面結構的疏水性對比， （e）3D列印打蛋器微結構的SEM圖
經典的超疏水案例是具有蓮花葉片效應的超疏水結構（Lotus effect）， 水滴在葉片上形成完美的球形且易於滑落， 這是由於葉片上具有微納米尺寸的疏水性結構， 該結構可以用於自清潔。 另一個案例是可以吸附水滴的超疏水表面（“Salvinia效應”）， 該結構來源於Salvinia Molesta葉片上獨特的打蛋器形狀微結構，
圖二， 沉浸表面累積三維列印工藝（ Immersed surfaceaccumulation based 3D Printing）示意圖
將多壁碳納米管添加到光固化樹脂中以增強微結構的表面粗糙度和機械強度。 結果表明， 3D列印的打蛋器微結構表面在超疏水和Rose Petal效應方面表現出諸多有趣的性能。 打蛋器表面與水滴的粘附力（從23微牛到55微牛）可以很容易地通過設計不同的臂數來調節（圖三）， 可以作為‘微型機械手’來操控微液滴， 例如無損轉移， 分離， 反應混合以及三維細胞培養等（圖四）。 此外， 該新型仿生結構可以用於油污的吸附和高效油水分離（圖五）。 該研究成果以‘3D-Printed Biomimetic Super-Hydrophobic Structure for Microdroplet Manipulation and Oil/Water Separation’為題發表在Advanced Materials 上。
圖三， 3D列印具有不同臂數（N=2， 4， 6， 8）的打蛋器結構來調節其接觸角和對水滴的粘附力
圖四， 3D 列印仿生打蛋器微結構用於微反應器的基底（a-c）， 液滴的分離（e）和無損轉移（f）以及細胞的3D培養（g）（3D cell culture）。
圖五，3D 列印仿生打蛋器微結構用於油污的吸附（a-c），液滴的分離（e）和無損轉移（f）以及細胞的3D培養（g）（3D cell culture）。
我們認為該研究將有助於進一步瞭解介面潤濕狀態以及超疏水表面的原理。此外，考慮到3D列印方法的靈活性和有效性，該結構可能在生物醫學和環境工程中有著廣泛的應用前景，例如微液滴操控，基於液滴的生物檢測，藥物測試和大批量的油/水分離等。該工作得到了自然科學基金（NSF, Grant Nos.CMMI 1335476, CMMI-1151191, and CMMI 1663663) 和南加大的Epstein Institute的支持。
課題組博士後Yang Yang和博士生Xiangjia Li 為共同第一作者。
圖五，3D 列印仿生打蛋器微結構用於油污的吸附（a-c），液滴的分離（e）和無損轉移（f）以及細胞的3D培養（g）（3D cell culture）。
我們認為該研究將有助於進一步瞭解介面潤濕狀態以及超疏水表面的原理。此外，考慮到3D列印方法的靈活性和有效性，該結構可能在生物醫學和環境工程中有著廣泛的應用前景，例如微液滴操控，基於液滴的生物檢測，藥物測試和大批量的油/水分離等。該工作得到了自然科學基金（NSF, Grant Nos.CMMI 1335476, CMMI-1151191, and CMMI 1663663) 和南加大的Epstein Institute的支持。
課題組博士後Yang Yang和博士生Xiangjia Li 為共同第一作者。