CN114790340B - 一种可控制液滴运输的仿生楔形表面及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明一种可控制液滴运输的仿生楔形表面及其制备方法和应用，仿生楔形表面包括由楔形微结构形成的具有单向铺展性的连续梯度单元和覆于连续梯度单元外的温敏水凝胶层，楔形微结构的空腔楔角为15～65°、楔形微结构宽度为50～360μm，借鉴猪笼草的液滴自驱动原理设计并采用光固化成型方法制备基底，基底浸没在温度响应水凝胶前驱体液中后固化覆层，提高液滴驱动速度、保证定向特性，借助温度刺激调控温敏水凝胶的润湿特性和功能表面的润湿梯度，结构单一、制作工艺简单、成本可控，以温度控制实现微纳液滴特别是高通量下液滴的连续、长距离定向输运与钉扎，液滴输运速率≥4mm/s，液滴的输运通量≥0.92μl/s，满足微纳液滴驱动控制和智能表面应用需求。
Description
技术领域
本发明属于微纳液滴驱动控制技术领域，具体涉及一种可控制液滴运输的仿生楔形表面及其制备方法和应用。
背景技术
液滴在功能表面上的润湿和驱动是当前研究热点，实现微纳液滴的可控驱动是推动微流控芯片以及微致动器发展的关键所在。目前基于仿生学原理利用梯度润湿表面对微纳液滴进行驱动时，采用猪笼草捕虫笼口缘区具有特殊的斜孔结构，能够利用自身的楔形结构特征产生毛细楔形效应促进定向运动，但由于仿生楔形表面微结构尺度较小，通常都小于100μm，加工制备方法复杂且加工时间较长，良品率低，制备成本高，很难实现商业化的低成本和大批量生产，且楔形微结构设计不合理，当液滴体积较大时易出现液滴向前后两个方向运动的现象，难以实现高通量下液滴的连续、长距离定向输运，同时不能够控制液滴在仿生楔形表面的快速与慢速定向运动或钉扎，难以满足微纳液滴驱动控制和智能表面应用需求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供一种可控制液滴运输的仿生楔形表面及其制备方法和应用，以温度控制实现微纳液滴特别是高通量下液滴的连续、长距离定向输运与钉扎。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可控制液滴运输的仿生楔形表面，包括由楔形微结构形成的具有单向铺展性的连续梯度单元和覆于连续梯度单元外的温敏水凝胶层。
上述仿生楔形表面相比于尺度较小的传统仿猪笼草微结构表面，较大的尺度能够限制液滴在特定方向上的驱动，更好地实现液滴的定向输运且相同时间内能够运输更多液滴，便于制备；而尺度过大则会减低液滴运输的速度，尺度过小往往会导致液滴向前后两个方向运动，失去定向特性，难以实现高通量下液滴的定向输运，限制单位时间液滴的运输量；空腔楔角过小会使楔形微结构难以驱动液滴的定向输运，液滴会向楔形微结构的正向和反向均匀铺展，空腔楔角过大会导致明显的钉扎效应，难以驱动液滴的长距离定向输运，因此设计楔形微结构的空腔楔角为15～65°、体长为240～460μm、拉升长度为150～300μm、椭圆半轴长为200～800μm、楔形微结构宽度为50～360μm、空腔长度为150～800μm。
优选地，为强化高通量下液滴的连续、长距离定向输运性能，楔形微结构的空腔楔角为30～60°、楔形微结构的体长为280～360μm、拉升长度为150～250μm、椭圆半轴长为200～600μm、楔形微结构宽度为80～200μm、空腔长度为200～600μm。
上述仿生楔形表面，优选地，若干楔形微结构的两侧通过格栅形成微流道，若干微流道沿连续梯度单元的垂直方向连续布置，所述格栅的宽度为20～40μm，格栅上表面高于楔形微结构上表面，格栅高度为40～80μm，连续梯度单元与相邻格栅或相邻连续梯度单元的间距为10～20μm，微流道宽度为400～1000μm，优选地，微流道宽度为500～680μm。
上述仿生楔形表面，优选地，所述温敏水凝胶层的厚度为50-100μm，所述温敏水凝胶层包括单体和交联剂，单体含量过低会导致楔形微结构基底表面未成功涂覆水凝胶层，表面呈现疏水特性，液滴难以定向输运，而单体含量过高则使水凝胶浓度变大，微结构被覆盖，致使楔形微结构失去作用，表面难以实现液滴的定向输运，因此设计所述交联剂占单体的质量百分比为1～5％，优选地，所述交联剂占单体的质量百分比为3～4％。
上述仿生楔形表面，优选地，所述单体为N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，NIPAM与MBA共聚物具有较低的临界溶液温度，在30～36℃之间，具有良好的温度响应性能。共聚物结构包含亲水性的酰胺基团和疏水性的异丙基基团，当环境温度低于低临界共溶温度(LSCT)时，凝胶表现为亲水性，水分子和聚丙烯酰胺高分子链上的亲水基团相互作用形成氢键，链段处于伸展构象，此时可以对水滴进行定向输运；随着外界温度逐渐升高，当温度高于高临界共溶温度(USCT)时，高分子链通过疏水作用相互聚集缠绕，将水凝胶内部的水分挤出，氢键断裂，聚丙烯酰胺凝胶由亲水状态变为疏水状态导致水滴停止运动。温敏水凝胶层不受基底尺寸和形状的限制，能够涂覆在大尺寸的基底表面，具有良好的温度响应特性，能在不同的外界温度刺激下呈现不同的润湿特性，也适用于其他微结构表面，成本较低适合量产商用。
上述仿生楔形表面，优选地，所述温敏水凝胶层包括引发剂，为控制单体与交联剂的适宜反应聚合速率和聚合度设计所述引发剂占单体的质量百分比为1～5％，优选地，所述引发剂为过硫酸钾(KPS)，优选地，过硫酸钾(KPS)占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为3～4％。
上述可控制液滴运输的仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为1～5％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1-3h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为1～5％，封闭反应体系常温反应1-3h，获得前驱体液；
S4、制备基底：采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备由楔形微结构形成的具有单向铺展性的连续梯度单元作为仿生楔形表面的基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20～30min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1-3h，得到仿生楔形表面。
上述可控制液滴运输的仿生楔形表面的应用，仿生楔形表面用于以温度控制仿生楔形表面上液滴的连续定向输运或扎钉，所述液滴为水；当温度低于温敏水凝胶层的低临界共溶温度(LCST)时，液滴输运速率≥4mm/s，液滴的输运通量≥0.92μl/s，正向铺展距离大于等于反向铺展距离3mm及以上；当温度高于温敏水凝胶层的高临界共溶温度(UCST)时，液滴钉扎在仿生楔形表面，优选地，仿生楔形表面用作智能表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明借鉴猪笼草的液滴自驱动原理，以适宜尺度的楔形微结构构建连续梯度单元，利用楔形结构产生驱动力，提高液滴驱动速度，保证定向特性。
(2)引入温敏水凝胶，凭借温敏水凝胶层在不同温度状态下的亲疏水特性，借助温度刺激调控温敏水凝胶的润湿特性和功能表面的润湿梯度，控制液滴在仿生楔形表面的快速与慢速定向运动或钉扎。
(3)设计、采用光固化成型方法制备具有单向铺展性的连续梯度单元，形成仿猪笼草口缘区基底，基底浸没在单体、交联剂、引发剂制备的前驱体液中，固化得到覆温敏水凝胶的仿生楔形表面，结构单一、制作工艺简单、成本可控，适用于规模生产推广。
综上，当控制温度低于温敏水凝胶层的LCST时，液滴输运速率≥4mm/s，液滴的输运通量≥0.92μl/s，正向铺展距离大于等于反向铺展距离3mm及以上，当控制温度高于温敏水凝胶层的UCST时，液滴钉扎在仿生楔形表面，实现微纳液滴特别是高通量下液滴的连续、长距离定向输运与钉扎，满足微纳液滴驱动控制和智能表面应用需求。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明可控制液滴运输的仿生楔形表面的模型示意图；
图2是图1的AA方向剖视图；
图3是本发明可控制液滴运输的仿生楔形表面的微结构形貌图；
图4是本发明可控制液滴运输的仿生楔形表面的光学显微镜表面照片。
图中标记：1-格栅，2-楔形微结构，3-连续梯度单元，θ-空腔楔角，L1-楔形微结构的体长，L2-拉升长度，L3-椭圆半轴长，w1-楔形微结构宽度，L4-空腔长度，d1-格栅的宽度，d2-连续梯度单元与相邻格栅或相邻连续梯度单元的间距，w2-微流道宽度。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2的连续梯度单元3形成的由楔形微结构形成的具有单向铺展性的连续梯度单元和覆于连续梯度单元外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为20°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为150μm、椭圆半轴长L3为200μm、楔形微结构宽度w1为50μm、空腔长度L4为150～250μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为2.5％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为2.5％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为8mm，反向铺展距离5mm，液滴输运速率4mm/s，水的输运通量为0.92μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
实施例2：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为20°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为150μm、椭圆半轴长L3为200μm、楔形微结构宽度w1为50μm、空腔长度L4为150～250μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为3％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为3％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为8mm，反向铺展距离5mm，液滴输运速率4mm/s，水的输运通量为0.92μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
实施例3：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为20°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为150μm、椭圆半轴长L3为320μm、楔形微结构宽度w1为80μm、空腔长度L4为240～400μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为3％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为3％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为10mm，反向铺展距离3mm，液滴输运速率5mm/s，水的输运通量为1.15μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
实施例4：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为20°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为200μm、椭圆半轴长L3为360μm、楔形微结构宽度w1为120μm、空腔长度L4为360～600μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为3％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为3％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为11mm，反向铺展距离2mm，液滴输运速率5.5mm/s，水的输运通量为1.27μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
实施例5：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为30°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为150μm、椭圆半轴长L3为200μm、楔形微结构宽度w1为50μm、空腔长度L4为150～250μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为3％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为3％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为12mm，反向铺展距离1mm，液滴输运速率6mm/s，水的输运通量为1.38μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
对比例1：
一种表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为3％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和蒸馏水或去离子水中的氧气得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为3％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备没有楔形仿生楔形表面的平面基底，对平面基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的平面基底浸没在步骤S3的前驱体液中，将浸没后的平面基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，覆于平面基底外的温敏水凝胶层的厚度为50-100μm，得到表面。
低温20～25℃下在表面上滴入3μL去离子水，去离子水均匀向四周铺展开，失去定向特性，2s内铺展距离为2mm，液滴输运速率1mm/s，水的输运通量为0.23μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在表面，可以实现以温度控制表面上水的扎钉，由实施例2-5与对比例1的比较结果可知，没有楔形微结构的表面不能实现液滴的定向输运。
对比例2：
一种仿生表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为3％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和蒸馏水或去离子水中的氧气得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为3％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为20°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为150μm、椭圆半轴长L3为200μm、楔形微结构宽度w1为30μm、空腔长度L4为150～250μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生表面，覆于基底外的温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
低温20～25℃下在仿生表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为6mm，反向铺展距离6mm，失去定向特性，液滴输运速率3mm/s，水的输运通量为0.75μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生表面，可以实现以温度控制仿生表面上水的扎钉。由实施例5与对比例2的比较结果可知，楔形微结构宽度较窄，即结构尺度偏小导致水滴体积较大时反向铺展，表面失去定向输运的特性。
实施例6：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为30°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为200μm、椭圆半轴长L3为500μm、楔形微结构宽度w1为150μm、空腔长度L4为400～600μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为3％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为3％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为13mm，反向铺展距离0.5mm，液滴输运速率6.5mm/s，水的输运通量为1.44μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
实施例7：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为40°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为250μm、椭圆半轴长L3为600μm、楔形微结构宽度w1为200μm、空腔长度L4为400～600μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为3％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为3％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为10mm，反向铺展距离3mm，液滴输运速率5mm/s，水的输运通量为1.15μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
实施例8：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为40°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为200μm、椭圆半轴长L3为360μm、楔形微结构宽度w1为120μm、空腔长度L4为360～600μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为3％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为3％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为13.5mm，反向铺展距离0mm，液滴输运速率6.75mm/s，水的输运通量为1.5μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
实施例9：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为40°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为200μm、椭圆半轴长L3为360μm、楔形微结构宽度w1为120μm、空腔长度L4为360～600μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为1％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为1％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为9mm，反向铺展距离4mm，液滴输运速率4.5mm/s，水的输运通量为1.04μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
对比例3：
一种仿生表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为0.6％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为0.6％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为40°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为200μm、椭圆半轴长L3为360μm、楔形微结构宽度w1为120μm、空腔长度L4为360～600μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，覆于基底外的温敏水凝胶层的厚度为50-100μm，得到仿生表面。
低温20～25℃下在仿生表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为6mm，反向铺展距离7mm，失去定向特性，液滴输运速率3mm/s，水的输运通量为0.7μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生表面，可以实现以温度控制仿生表面上水的扎钉。由实施例9与对比例3的比较结果可知，过量的单体使水凝胶的浓度变大，微观结构被覆盖，致使结构失去作用，表面难以实现水滴的定向输运。
实施例10：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为40°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为250μm、椭圆半轴长L3为360μm、楔形微结构宽度w1为120μm、空腔长度L4为360～600μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为4％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为4％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为12mm，反向铺展距离1mm，液滴输运速率6mm/s，水的输运通量为1.38μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
实施例11：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为40°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为300μm、椭圆半轴长L3为800μm、楔形微结构宽度w1为300μm、空腔长度L4为500～800μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为4％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为4％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为9mm，反向铺展距离2mm，液滴输运速率4mm/s，水的输运通量为1.23μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
实施例12：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为40°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为300μm、椭圆半轴长L3为800μm、楔形微结构宽度w1为300μm、空腔长度L4为500～800μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为5％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为5％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为8mm，反向铺展距离3mm，液滴输运速率4mm/s，水的输运通量为1.1μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
实施例13：
本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，本发明所述可控制液滴运输的仿生楔形表面的一种较佳实施方式，所述仿生楔形表面包括楔形微结构2形成的具有单向铺展性的连续梯度单元3和覆于连续梯度单元3外的温敏水凝胶层，若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为60°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为300μm、椭圆半轴长L3为800μm、楔形微结构宽度w1为300μm、空腔长度L4为500～800μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm，温敏水凝胶层的厚度为50-100μm。
上述仿生楔形表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为5％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为5％，封闭反应体系常温反应1，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的具有单向铺展性的猪笼草口缘区基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，得到仿生楔形表面。
上述仿生楔形表面的应用，低温20～25℃下在仿生楔形表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为8mm，反向铺展距离0mm，液滴输运速率4mm/s，水的输运通量为1.5μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生楔形表面，可以实现以温度控制仿生楔形表面上水的连续定向输运或扎钉。
对比例4：
一种仿生表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为6％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为6％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为40°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为300μm、椭圆半轴长L3为800μm、楔形微结构宽度w1为300μm、空腔长度L4为500～800μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，覆于基底外的温敏水凝胶层的厚度为50-100μm，得到仿生表面。
低温20～25℃下在仿生表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为5mm，反向铺展距离0mm，失去定向特性，液滴输运速率2.5mm/s，水的输运通量为1.5μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生表面，可以实现以温度控制仿生表面上水的运动或扎钉，但水滴输运过程中运动速度较慢。由实施例12与对比例4的比较结果可知，由于水凝胶单体含量过低，基底未成功涂覆温敏水凝胶层，表面呈现疏水特性，水滴难以连续定向输运。
对比例5：
一种仿生表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为4％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为4％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为40°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为300μm、椭圆半轴长L3为800μm、楔形微结构宽度w1为400μm、空腔长度L4为500～800μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，覆于基底外的温敏水凝胶层的厚度为50-100μm，得到仿生表面。
低温20～25℃下在仿生表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为5mm，反向铺展距离0mm，失去定向特性，液滴输运速率2.5mm/s，水的输运通量为1.5μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生表面，可以实现以温度控制仿生表面上水的运动或扎钉，但水滴输运过程中运动速度较慢。由实施例11与对比例5的比较结果可知，楔形微结构宽度较宽，即结构尺度偏大导致水滴输运过程中运动速度较慢。
对比例6：
一种仿生表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为4％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和搅拌时蒸馏水中的氧气，得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为4％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：依据仿生楔形表面的尺寸要求，采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为10°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为300μm、椭圆半轴长L3为800μm、楔形微结构宽度w1为300μm、空腔长度L4为500～800μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，覆于基底外的温敏水凝胶层的厚度为50-100μm，得到仿生表面。
低温20～25℃下在仿生表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为7mm，反向铺展距离6mm，失去定向特性，液滴输运速率3.5mm/s，水的输运通量为0.81μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生表面，可以实现以温度控制仿生表面上水的运动或扎钉。由实施例11与对比例6的比较结果可知，过小的空腔楔角会使楔形微结构难以驱动水滴的定向输运。
对比例7：
一种仿生表面的制备方法，包括以下步骤：
S1、混合：将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体与100mgN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联剂搅拌混合均匀得到混合物，所述交联剂占单体的质量百分比为4％；
S2、除气：将步骤S1的混合物与100mL去离子水加入装置中混合，在60-80℃下不断搅拌1h，使混合物充分溶解并通氮气除去装置内和蒸馏水或去离子水中的氧气得到液体；
S3、反应：将步骤S2的液体加入过硫酸钾(KPS)引发剂并加入三口烧瓶中，过硫酸钾(KPS)引发剂占N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的质量百分比为4％，封闭反应体系常温反应1h，获得前驱体液；
S4、制备基底：采用光固化3D打印机利用HTL耐高温光敏树脂材料制备楔形微结构的连续梯度单元形成的基底，对基底用无水乙醇和去离子水进行清洗；
若干楔形微结构2的连续梯度单元3两侧通过格栅1形成微流道，格栅1上表面高于楔形微结构2上表面，若干微流道沿连续梯度单元3的垂直方向连续布置，所述楔形微结构2的空腔楔角θ为75°、体长L1为280～360μm、拉升长度L2为300μm、椭圆半轴长L3为800μm、楔形微结构宽度w1为300μm、空腔长度L4为500～800μm，所述格栅的宽度d1为20μm，连续梯度单元3与相邻格栅1或相邻连续梯度单元3的间距d2为10μm，微流道宽度w2为500～680μm；
S5、浸没固化：将步骤S4的基底浸没在步骤S3的前驱体液中20min，将浸没后的基底水平取出，在真空箱中以50-70℃真空固化1h，覆于基底外的温敏水凝胶层的厚度为50-100μm，得到仿生表面。
低温20～25℃下在仿生表面上滴入3μL去离子水，去离子水2s沿微流道正向铺展距离为3mm，反向铺展距离0mm，失去定向特性，液滴输运速率1mm/s，水的输运通量为1.5μL/s，在高温45～65℃时液滴钉扎在仿生表面，可以实现以温度控制仿生表面上水的运动或扎钉。由实施例13与对比例7的比较结果可知，过大的空腔楔角会导致明显的钉扎效应，难以驱动水滴的长距离定向输运。
综上，过小的空腔楔角会使楔形微结构难以驱动水滴的定向输运，水滴会向微轨道的正向和反向均匀铺展，而过大的空腔楔角会导致明显的钉扎效应，难以驱动水滴的长距离定向输运；楔形微结构宽度较窄，即结构尺度偏小导致水滴体积较大时反向铺展，表面失去定向输运的特性，而楔形微结构宽度较宽，即结构尺度偏大导致水滴输运过程中运动速度较慢；温敏水凝胶单体含量过低导致楔形微结构基底表面未成功涂覆温敏水凝胶层，表面呈现疏水特性，水滴难以定向输运。过量的单体使温敏水凝胶的浓度变大，微观结构被覆盖，致使结构失去作用，表面难以实现水滴的定向输运。
本发明借鉴猪笼草的液滴自驱动原理，以楔形微结构构建连续梯度单元，设计、制备具有单向铺展性的猪笼草口缘区仿生楔形表面，采用光固化成型方法制备适宜尺度的楔形微结构基底，结构单一、制作工艺简单、成本可控，且利用楔形梯度结构产生驱动力，提高液滴驱动速度，同时引入温敏水凝胶，凭借温敏水凝胶层在不同温度状态下的亲疏水特性，借助温度刺激调控有机温敏水凝胶的润湿特性和功能表面的润湿梯度，即控制温度低于低临界共溶温度(LCST)时，表面呈现亲水特性，水滴能在制备好的仿生楔形表面实现快速地定向移动；控制温度低高于高临界共溶温度(UCST)时，表面呈现疏水特性，水滴会钉扎在仿生楔形表面或有较慢的移动速率，实现微纳液滴特别是高通量下液滴的连续、长距离定向输运与钉扎，满足微纳液滴驱动控制和智能表面应用需求。
上述实施例和对比例中HTL耐高温光敏树脂材料购自于重庆摩方精密科技有限公司，HTL耐高温光敏树脂材料的热变形温度为142℃，上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可控制液滴运输的仿生楔形表面，其特征在于，包括由楔形微结构形成的具有单向铺展性的连续梯度单元和覆于连续梯度单元外的温敏水凝胶层，楔形微结构的空腔楔角为15~65°、体长为240~460μm、拉升长度为150~300μm、椭圆半轴长为200~800μm、楔形微结构宽度为50~360μm、空腔长度为150~800μm；
所述温敏水凝胶层包括单体和交联剂，所述交联剂占单体的质量百分比为1~5%。
2.根据权利要求1所述的一种可控制液滴运输的仿生楔形表面，其特征在于，若干楔形微结构的两侧通过格栅形成微流道，若干微流道沿连续梯度单元的垂直方向连续布置，微流道宽度为400~1000μm。
3.根据权利要求1所述的一种可控制液滴运输的仿生楔形表面，其特征在于，所述单体为N-异丙基丙烯酰胺，所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。
4.根据权利要求1所述的一种可控制液滴运输的仿生楔形表面，其特征在于，所述温敏水凝胶层包括引发剂，所述引发剂为过硫酸钾，占单体的质量百分比为1~5%。
5.根据权利要求1~4任意一项所述一种可控制液滴运输的仿生楔形表面的制备方法，其特征在于，制备方法包括：
由单体、交联剂在引发剂作用下反应获得前驱体液；
采用光固化3D打印制备具有单向铺展性的连续梯度单元作为仿生楔形表面的基底；
将基底浸没在前驱体液中后取出固化得到仿生楔形表面。
6.根据权利要求5所述一种可控制液滴运输的仿生楔形表面的制备方法，其特征在于，将单体与交联剂混合均匀后溶解于水中，通氮气除氧，加入引发剂并封闭常温反应获得前驱体液。
7.根据权利要求6所述一种可控制液滴运输的仿生楔形表面的制备方法，其特征在于，将基底浸没在前驱体液中之前用无水乙醇和去离子水进行清洗，固化采用在真空固化。
8.根据权利要求1~4任意一项所述一种可控制液滴运输的仿生楔形表面的应用，其特征在于，仿生楔形表面用于通过温度控制表面液滴的连续定向输运或扎钉；当控制温度低于温敏水凝胶层的最低临界共溶温度时，液滴输运速率≥4mm/s，液滴的输运通量≥0.92μl/s，正向铺展距离大于等于反向铺展距离3mm及以上；当控制温度低于温敏水凝胶层的低临界共溶温度 (LSCT) 时，液滴在仿生楔形表面上定向运动，当控制温度高于温敏水凝胶层的高临界共溶温度 (USCT) 时，液滴钉扎在仿生楔形表面。
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