双光子3D打印是制造领域颠覆性技术，可实现小而精的多层级结构定制。将该技术与纺织材料结合，可赋予当前纺织品特定的功能性。当前，具有超疏水性和高粘附力的功能纺织品，受到工业和学术界的广泛的关注。自然界的多层级（多尺度）结构为高粘附疏水性纺织品的制造提供了参考。然而，自然界中复杂的准疏水微纳米结构的复制超出了传统制造策略的能力，这使得在纱线和纺织品上精确制造可控纳米结构变得十分困难。

　　近日，青岛大学纺织学院智能可穿戴中心利用双光子飞秒激光直写策略，精确制备了直径为900 μm的功能性准疏水纱线。该纱线的灵感来自玫瑰花瓣的多层级结构，由空心圆管、排列整齐的微乳头（直径为109 μm）和乳头上的纳米褶皱（间距为800 nm）组成的。该仿生纱线表现出良好的准疏水性，液滴不仅能以180°的反向角牢固地附着在仿生纱线上，而且在纱线上呈球形（最大水接触角为159°）。用仿生纱线编织的织物即使在垂直倾斜或上下颠倒时也可以表现出捕获液滴的能力。基于仿生纱线优异的准疏水功能，该工作展示了一种在水滴输运、操纵、微反应器、微萃取等领域具有广泛应用潜力的手套。相关工作以“3D-Printed Parahydrophobic Functional Textile with a Hierarchical Nanomicroscale Structure”为题发表在《ACS Nano》上，该工作通讯作者为曲丽君教授、田明伟教授和史宝会博士。

　　纱线复杂的表面图案受到玫瑰花瓣和芽草的启发，由微尺度的球形乳头和纳米尺度的褶皱组成。定制的多级次结构使纱线具有优异的疏水性和强附着力。水、牛奶、拿铁液滴不仅能以180°的反向角牢固地附着在仿生纱线上，而且在仿生织物上保持球形（接触角为121°~135°），说明仿生纱线具有良好的附着力和疏水性，为液滴的输送提供了前提条件。高分辨率双光子打印技术为仿生层次结构表面图案的定制提供了一种可靠的制造策略。在打印过程中，飞秒激光通过复杂的光路聚焦在光刻胶内部，并启动聚合反应。光子的空间密度在焦点处变得很高，导致聚合的体积元。当引发剂吸收两个光子并成功生成自由基时，引发剂就会变成自由基，然后自由基将单体与另一单体结合固化光刻胶，形成准疏水纱线。纱线的直径为720 μm。纱线表面由直径为109 μm的排列规则的微结构乳头组成。在乳头表面有规则的纳米级褶皱，间距为800 nm。

图1. 多级次结构纺织品制造与准疏水性能

图2. 3D打印仿玫瑰花瓣准疏水纱线

　　【表面微观结构】

　　纱线表面微观结构（微乳头的分布）严重影响其疏水性能。当液滴体积为1.5 μL时，纱线1~4的纵向接触角分别为143°、141°、151°和142°，垂直接触角分别为80°、71°、111°和110°。结果表明，接触角在两个方向上的变化趋势基本不变。当在纱线1~4上滴入4 μL的水滴后，纱线1和纱线2不能支撑水滴。纱线3和4的纵向接触角分别为159°和113°，垂直接触角分别为136°和104°。综上所述，纱线3在两个方向上的水接触角最大，疏水性最好。另外，纱线3在垂直倾斜和上下翻转时，水滴也没有滑动，说明仿生纱线与玫瑰花瓣一样，对水的附着力非常好。总之，与玫瑰相比，仿生纱具有更好的疏水性和对液滴的粘附能力，双光子纳米3D打印技术可以成功再现玫瑰的超疏水性功能。

图3. 3D打印准疏水纱的表征与性能

　　【应用演示】

　　3D打印仿生纱线编织的疏水纺织品（织物）可实现功能性服装的定制加工，如手套等。将仿生纺织品缝进手套，在特殊位置实现疏水功能（将疏水纺织品缝在食指位置）。这一现象说明仿生准疏水纱线编织的手套具有显著的液滴粘附能力，可用于液滴基的输运、操纵、微萃取器和微反应器等应用。此外，该具有疏水、黏附能手套可以快速有效的收集和转移漂浮在空间站中的水滴，避免空间站内的水滴引起内部设备和空气循环设备堵塞。与浸渍、静电纺丝、刻蚀工艺配合浸渍、刻蚀工艺配合化学气相沉积（CVD）工艺制备的疏水表面相比，3D打印制备的仿生纱线在快速和连续化制造方面具有明显的优势。

图4. 3D打印准疏水手套的应用演示

　　总之，本文以玫瑰花瓣为灵感设计的表面多尺度结构仿生纱线表现出良好的准疏水和水滴粘附性能。该3D打印仿生纱线由空心圆管、排列整齐的微乳头和乳头上的纳米褶皱组成。该仿生纱线具有良好的准疏水性，液滴不仅能以180°牢固地附着在仿生纱线上，而且在纱线上呈球形（最大疏水性为159°）。用这种仿生纱线编织的织物即使在垂直倾斜或上下颠倒的情况下也可以表现出捕获液滴的能力。利用3D打印仿生纱线优异的准疏水和粘附性能，将其设计成功能性手套，可广泛应用于水滴的输运、操纵、微反应器、微萃取等领域。