在自然界中,生物为了适应不断变化的环境,逐渐演化出具有特殊功能的表界面微纳结构,这些跨尺度复合结构赋予生物不同特性,例如荷叶具有“两面神（Janus）”润湿特性（上表面超疏水,下表面超亲水）,而使荷叶能够稳定漂浮在水面上;叶片气孔能够对光照强度的大小做出开孔/闭孔自适应行为,从而调谐其内部物质交换。师法自然,研究人员受这些生物特性的启发,提出了仿生Janus锥孔超浸润膜和多孔门控膜,并初步探究了仿生多孔膜在生物医疗领域的潜在应用前景。近年来,仿生多孔膜成为了膜科学研究的热点课题,但因为传统膜的制备方法复杂、可控性差以及传统膜功能单一,极大限制了其高效制造和多功能应用。飞秒激光加工技术由于其具有超强、超快、超精密的特性,有望克服传统膜制造方法的不足而被广泛应用于膜加工领域。本论文基于仿生学和流体力学相关原理,利用飞秒激光系统加工钛合金、水凝胶等生物兼容性材料,加工可控的多孔结构,实现复合功能仿生多孔膜的高效制备,并揭示了生物流体在膜表界面的铺展、扩散及渗透机制,最后将其用于血浆快速分离、自泵式创面敷料、药物递送及靶向治疗等生物医疗领域。论文的主要研究内容有:1.将飞秒激光蚀刻与化学涂层改性相结合,在金属钛膜表面可控加工锥形孔阵列,高效制备仿生Janus多孔膜,并基于红细胞凝集反应,提出一种新型的逆重力血浆分离方法。相比现有方法,其将血浆分离的纯度、产量及时间分别提高至99.9%、80%和20 s,且分离过程中无葡萄糖、蛋白质丢失和溶血现象。最后,构建Janus膜逆重力单向运输力学模型,阐明仿生多孔膜用于血浆高效分离的新机制。2.利用飞秒激光在PDMS/水凝胶复合薄膜表面原位可控刻蚀,一步成形加工出具有微锥多孔阵列的Janus复合膜,并用于自泵创面敷料。然后,研究流体（水、血液等）在不同工况下的单向自输运能力,结果表明拉伸/弯曲状态的Janus膜能够显著提高生物流体的输运性能。并结合Janus白泵创面敷料的三维拓扑结构,分析并构建表面流体的力学模型,探究超浸润特性对流体单向自输运的增强机制。随后,发现该自泵创面敷料携带抗菌因子可防止细菌感染创面;大鼠创伤愈合实验证明其可有效地清洁创面从而加速伤口愈合。最后展示了其优异的自泵送、抗粘附及热管理等性能。3.基于自主配制的新型pH响应水凝胶,研发仿生智能门控系统（包括二维膜和三维微胶囊）,利用其pH响应变形特性,控制其在弱酸性（pH＜7）环境下打开微锥孔,在弱碱性（pH＞7）条件下关闭微锥孔;通过制备不同孔径比的门控膜,可以有效地调控药物扩散通量。并结合药物释放动力学和流体力学扩散基础理论,阐明其缓释机制。在此基础上,设计并制备了一种水凝胶基含药微胶囊,利用其可逆膨胀/收缩特性,实现了抗癌药物DOX的按需释放,并在体外抗肿瘤应用中完成了 Hela细胞的抗癌治疗。