水凝胶已成为典型的刺激响应材料，在软机器人、3D细胞培养和组织工程以及光流控领域有着广泛的应用。尽管有这样的前景，但微加工水凝胶以制造多材料功能器件仍然具有挑战性。现有的制造微米级水凝胶材料的技术依赖于光刻或混合激光打印，这两种技术都需要专门的设备和漫长的加工时间。一种能够通过化学设计的界面粘附同时控制水凝胶微观结构和器件组装的简单技术，将有助于生产具有新功能的功能材料。在此，我们报道了一种可推广的程序，该程序能够将具有刺激响应光学特性的具有特定微观结构的各种水凝胶材料（微凝胶）拍摄到化学敏化的弹性体模板上。这种简单的制造工艺快速、廉价，能够在可拉伸基底上生产具有多种化学性质的微凝胶阵列。重要的是，载体的弹性性质适应了凝胶-载体界面的界面应变，并允许凝胶发生形态变化。我们将该工艺应用于三种化学性质不同的微凝胶材料的制备，并表征了所得样品的形态、几何规则性和耐久性。我们进一步证明了这些微凝胶阵列的刺激响应微透镜能力，以及它们在稳健的光流体设备中的应用，其中透镜的焦距和放大率由温度或溶剂环境调节。

　　1. 本工作报道了一种在硅胶载体上容易生产共价连接的有序阵列微凝胶的通用方法。具体而言，硅树脂基模板用于：i）将预聚物液滴机械组装成明确的几何形状和形态，以及ii）在光引发交联过程中，通过“接枝自”聚合方案，提供适当的共轭部分以将凝胶固定到位。

　　图1. a） 样品制造过程中涉及的步骤概述。PDMS基板通过MIMIC掩模选择性氧化，然后用甲基丙烯酸酯封端的硅烷衍生。阵列组装通过在应变下将预聚物溶液沉积到基底上，然后释放应变以促进液滴收集到化学可润湿区域来进行。样品通过暴露于紫外线照射而固化。b） 执行该过程的双轴拉伸、组装、设置（BiSAS）设备的示意图。将注射泵（SP）和3D打印喷嘴（b-i）连接到氮气管线，以将预聚物溶液雾化并沉积在图案化的PDMS表面上，从而组装水凝胶阵列（b-ii，比例尺为500 µm）。三个动态夹持臂和一个锚点用于在沉积期间施加双轴应变。c） 表面衍生化和水凝胶网络化学综述。甲基丙烯酸酯封端的硅烷能够通过LAP光引发剂引发的自由基聚合对PAm、PNIPAm和PEG水凝胶进行光接枝。

　　图2. a） PEG、PAm和PNIPAm的部分水凝胶阵列的复合光学/激光共聚焦图像。比例尺为500 µm。b） 部分水凝胶阵列（比例尺为500 µm）和c）单个凝胶（比例尺为50 µm）的3D地形热图。d） 组装过程中填充的图案特征和沉积的间隙液滴的百分比（分析的阵列：NPEG=33，NPAm=21，NPNIPAm=36）。e） 每种单体的脱水微凝胶的平均直径（分析的微凝胶：NPEG=13188，NPAm=8495，NPNIPAm=14663）。f、 g）测量每种水凝胶的平均高度（f）和体积（g）（分析的微凝胶：NPEG=370，NPAm=723，NPNIPAm=160）。

　　图3. PEG、PAm和PNIPAm水凝胶阵列的扫描电子显微镜（SEM）图像。a） 部分水凝胶阵列（比例尺为250 µm）的图像，b）单个微凝胶（比例尺为50 µm），以及c）化学图案化区域的微凝胶-基底界面（比例尺为5 µm）。d） 每种测试水凝胶的天然PDMS上的单个微凝胶。比例尺为25（PEG）、50（PAm）和15 µm（PNIPAm）。

　　图4. a） 为量化微凝胶阵列的附着力而进行的测试说明。b） 每种水凝胶在照相和不照相的情况下平均保留的微凝胶阵列的百分比。c） 每次测试前后PEG水凝胶阵列的代表性部分的光学显微镜图像。比例尺为500 µm。

　　图5. a） 实验装置用于测量微凝胶阵列在不同液体介质中产生的激光衍射图。b） 衍射图案示例。对图像进行颜色反转，以增加对比度进行分析。c） 不同液体介质中的衍射角和水凝胶面积。

　　图6. a） 用于交换微凝胶透镜阵列浸没流体的流动池示意图。b） 光流体透镜实验示意图。实际流动池装置的照片作为插图提供。c） 充当微透镜的单个微凝胶的射线图。对象大小h和图像大小h′用于确定放大率。d） 微凝胶在水和乙醇中的Z-stack图像的横截面。e） （上排）PAm微凝胶在NaCl、水、DMF和EtOH中的光学显微照片（带注释的红色虚线圆圈提供了微凝胶在水中的直径），以及（下排）投影字母“N”的光学显微图（注释提供了放大倍数）。

　　图7. a） 热控微透镜的光学显微照片。开始时（t=0 s），温度低于PNIPAm微凝胶的LCST（t=7°C），投影字母“N”处于焦点位置。从t=0 s到t=100 s顺时针进行，温度升高到（t=80°C）以上，并返回到PNIPAm的LCST以下，在失焦和聚焦“N”之间切换。b） 面板（a）中工艺过程中单个微凝胶的相应光学显微照片。c） 冷水和热水中投影图像的放大倍数。比例尺为50 µm。每个环境中的平均放大率由水平虚线高亮显示。灰色阴影表示±1个标准偏差（每个周期N140个投影图像）。