《ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》：Smart hydrogel surface patterning: From static structures to programmable interfaces
编辑推荐：
•对图案化技术进行分类，将多尺度表征与应用整合到反馈驱动的设计模式中。•水凝胶表面的图案化技术被分为自上而下、自下而上和混合策略。•与聚二甲基硅氧烷（PDMS）及其他凝胶相比，水凝胶在生物模拟微环境和多刺激响应方面表现优异，但面临坍塌和稳定性问题。•涵盖了从可逆离子书写和 4
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对图案化技术进行分类，将多尺度表征与应用整合到反馈驱动的设计模式中。
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水凝胶表面的图案化技术被分为自上而下、自下而上和混合策略。
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与聚二甲基硅氧烷（PDMS）及其他凝胶相比，水凝胶在生物模拟微环境和多刺激响应方面表现优异，但面临坍塌和稳定性问题。
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涵盖了从可逆离子书写和 4D 打印到 DNA 交联可编程变形的进展，向精密性和可重写性转变。
引言
水凝胶是由天然或合成聚合物通过物理缠结或化学交联形成的三维亲水网络，这使得它们能够吸水溶胀并在不溶解的情况下保留大量流体 [1]、[2]、[3]、[4]、[5]。这种独特的结构赋予水凝胶优异的生物相容性、可调的机械性能以及灵敏的刺激响应性 [6]、[7]、[8]、[9]、[10]。然而，随着聚合物材料和界面科学的不断发展，工作在单一长度尺度上的传统水凝胶越来越难以满足需要多功能集成的复杂应用场景的需求 [11]、[12]、[13]、[14]。在此背景下，水凝胶表面图案化技术逐渐涌现，为超越传统材料的固有尺寸限制并实现功能的精确调控提供了一种新的范式。这些技术涉及在材料表面构建具有特定表面形貌特征或化学分布的图案化区域，从而实现对信息存储、细胞行为、光学性能和响应性能的精确控制。其核心优势在于界面功能的空间分区设计和动态调控 [15]、[16]、[17]、[18]、[19]。
近年来，水凝胶表面图案化引起了广泛关注并取得了显著的研究成果。早期的研究为该领域的快速发展奠定了坚实基础 [20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]。然而，随着科学技术的不断进步，相关技术和应用持续迭代更新，而现有的综述类工作仍相对碎片化，缺乏从表征到制备再到应用的技术体系的系统化整合和对比分析 [28]、[29]、[30]。因此，对水凝胶表面图案化技术近期突破进行全面回顾变得十分必要。在本综述中，系统地编录了水凝胶表面图案化自上而下和自下而上制备技术的原理、特征及代表性进展。在建立图案化策略后，进一步引入了多尺度表征方法，涵盖形态、表面化学和功能响应性的验证与分析工具。在这些技术的支持下，详细考察了图案化水凝胶在防伪、信息存储、生物医学、组织工程、抗菌和抗污涂层、生物传感、智能响应器件、柔性电子以及能源和环境领域的创新应用。最后，全面总结了该领域面临的主要挑战，并概述了未来发展方向，如图 1 所示。通过这种系统综合，旨在为相关领域的研究人员提供清晰的技术全景，从而促进跨学科交流，激发新颖的设计理念，并加速高性能图案化水凝胶材料的发展及其转化应用，以解决实际科学问题并满足重大社会需求。
章节摘要
水凝胶表面图案化制备技术
自水凝胶表面图案化技术诞生以来，该领域的演变标志着从静态微/纳米结构向刺激响应动态图案，再到可编程智能界面的转变 [23]、[25]。在早期阶段，通过自上而下的方法，如光刻和软光刻，构建了永久微图案，同时也进行了由温度或电场调制的初步动态探索。
水凝胶表面图案化的表征方法
鉴于水凝胶表面图案化技术的快速进步，准确解释和有效验证构建的微形貌已成为连接材料制备和功能应用不可或缺的核心步骤。因此，本节讨论了水凝胶表面图案化的表征方法，特别强调各种技术如何高效解析源于不同制备工艺的结构特征。
水凝胶表面图案化的应用
水凝胶表面图案化技术已从基础形态制备转变为关键功能平台。通过精确设计微图案，可以主动调控水凝胶的光学性能、生物界面行为和刺激响应性能，从而推动其在多个前沿领域的应用，如图 14 所示。水凝胶表面图案化应用的核心在于利用微图案作为
总结与展望
在本综述中，系统地总结了水凝胶表面图案化的两种主流制备策略——即自上而下和自下而上方法，并概述了包括光刻、模板法、打印、自组装和场致组装在内的各种技术的形成机制。表面图案化赋予水凝胶异质结构和功能梯度，极大地拓宽了它们在信息安全等领域的
CRediT 作者贡献声明
宋泽：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，方法学，调查，形式分析，数据整理，构思。 孙露山：构思，数据整理，监督，写作 – 审阅与编辑。 赵艳艳：监督，构思。 佟明琼：监督，构思。 陈林：监督，构思。 顾香玲：写作 – 审阅与编辑，监督，资源，资金获取，构思。
致谢
本工作由国家自然科学基金（22375028）和德州学院 2026 研究生科研创新项目（YKC2026005）提供资金支持。
宋泽 | 孙露山 | 赵艳艳 | 佟明琼 | 陈林 | 顾香玲
