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更新時間：2025-05-08
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中國科學技術大學精微納米工程實驗室吳東教授課題組利用飛秒激光雙光子聚合技術，制備受pH驅動的形狀可調的雙面神微柱。該微柱由pH敏感的水凝膠聚合而成，其體積可隨pH值的變化而變化。當pH值小于9時，水凝膠結構發生收縮，反之則膨脹。利用不同的掃描次數使這些雙面神微柱的兩側在pH值變化時發生不同的膨脹，導致整個微柱發生可逆彎曲，如圖1.由于激光打印技術的高度靈活性，這些微柱的空間排列、高度和彎曲方向可以任意控制，因此可以制備出各種形狀可切換的表面圖案，如圖2.
圖1 雙面神微柱形狀變化原理示意圖。(a)雙面神微柱的加工過程;(b)加工完成后的微柱;(c)直立狀態下的微柱;(d)彎曲狀態下的微柱
圖2 高度可控雙面神微柱的加工。(a) 三根微柱組成的單元塊;(b) 四根向內微柱組成的單元塊;(c)四根向外微柱組成的單元塊。圖中標尺為10 μm
由于這種pH驅動的可變形雙面神微柱具有良好的穩定性以及可逆性，因此，該課題組探究了其在信息加解密中可能的應用。如上所述，通過合理控制加工參數，可以任意控制雙面神微柱的彎曲方向。將不同彎曲方向的微柱組合在一起，便可以顯示特定信息。此外，當pH<9時，雙面神微柱可以恢復到直立狀態，此時的雙面神微柱與單次曝光制備的普通微柱基本相同，難以分辨。基于這種現象，可以通過改變微柱陣列周圍環境的pH值，實現對特定信息的加密與解密，如圖3.
圖3 雙面微柱陣列在信息加密/解密中的應用。(a) 加密(左)和解密(右)的概念設計;(b) 字母“J"的加密(左)和解密(右)的光學顯微圖。圖中標尺為15 um
研究人員下一步將擴展該加工方法，由單一地加工微柱結構向加工復雜的形狀可調三維結構發展，并嘗試與微機械、微驅動等方法相結合，實現微小物體的捕獲與運輸。
參考文獻： 中國光學期刊網
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