能够对结构形状进行编程调控的4D打印技术自2013年提出以来,已经在微机械、生物医学等各领域产生了广泛应用。水凝胶具有极强的变形能力和极好的生物兼容性,是一种优良的4D打印材料。但当前基于水凝胶材料的4D打印结构尺度较大,都在毫米量级以上,且响应速度在数秒以上。因此,水凝胶4D打印技术在空间尺度和时间尺度都有进一步提升的空间。飞秒激光双光子聚合直写技术,具有强大的加工能力,加工精度高,可以实现微纳米尺度的三维加工。本文提出了一种pH调谐的环境响应水凝胶飞秒激光4D仿生打印技术,实现了微米尺度可快速响应的4D打印。通过该技术,实现了树叶状微结构的多自由度复杂变形,并最终将该技术应用于微粒子捕获和磁控转运等方面。此外,在飞秒激光加工系统的效率提升方面,还介绍了一部分通过空间光调制涡旋光叠加快速加工偶数瓣分叉微斜柱的高效率加工方法,极大提升了飞秒激光直写加工微结构的效率。本文采用飞秒激光双光子聚合直写技术对pH调谐水凝胶进行加工,通过对加工参数的调控,可以实现对微米尺度叶片结构的变形调控,得到了包括膨胀收缩、扭转、扭曲和皱缩等多种运动自由度的变形效果,且响应时间不超过0.5 s。前报道的水凝胶4D打印方面的工作,结构尺度和响应速度分别至少缩小了两个和一个数量级。利用通过pH调谐水凝胶加工的微笼结构上的孔在膨胀和收缩时的尺寸差异,实现了对微粒子的捕获和释放。通过对微笼结构进行磁性纳米粒子吸附,实现了微粒子的捕获释放和磁控转运。