編者：中噴網(wǎng) 墨宸

 2026年開年以來，3D打印領(lǐng)域持續(xù)迎來頂尖突破。繼1月中旬首篇3D打印相關(guān)研究登上《Nature》后，1月28日，該頂刊再次刊發(fā)一項(xiàng)重磅成果——來自德國(guó)馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所與新加坡國(guó)立大學(xué)的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新性地將傳統(tǒng)雙光子聚合（2PP）打印與光流控組裝技術(shù)深度融合，開發(fā)出“光流控3D微納制造”新技術(shù)。這項(xiàng)以物理手段實(shí)現(xiàn)材料精準(zhǔn)組裝的創(chuàng)新方案，從根源上破解了長(zhǎng)期困擾微納制造領(lǐng)域的材料兼容性難題，真正解鎖了“萬物皆可微印”的全新可能，為全球微納制造產(chǎn)業(yè)帶來革命性變革。值得關(guān)注的是，中國(guó)青年學(xué)者呂相龍（Xianglong Lyu）擔(dān)任該論文第一作者，彰顯了中國(guó)青年科研力量在這一前沿領(lǐng)域的核心貢獻(xiàn)。

光流控 3D 微加工/納米加工的概念

要理解這項(xiàng)突破的重大意義，首先需看清傳統(tǒng)微納3D打印的行業(yè)瓶頸。長(zhǎng)期以來，雙光子聚合（2PP）打印技術(shù)憑借制造精度遠(yuǎn)超發(fā)絲直徑的優(yōu)勢(shì)，一直是微納3D加工的核心技術(shù)，廣泛應(yīng)用于微型結(jié)構(gòu)制造。但該技術(shù)存在一個(gè)致命局限：過度依賴光固化聚合物材料，材料體系的單一性嚴(yán)重限制了其功能拓展——無論是金屬、陶瓷、碳材料，還是量子點(diǎn)、金剛石納米顆粒等具有特殊功能的材料，都難以通過傳統(tǒng)2PP技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度三維微納結(jié)構(gòu)制造，這成為阻礙微納器件向多功能化、高性能化發(fā)展的核心壁壘，也讓“多材料微印”成為行業(yè)長(zhǎng)期追求卻難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

此次發(fā)表的“光流控3D微納制造”技術(shù)，最具顛覆性的創(chuàng)新的是摒棄了傳統(tǒng)3D打印“直接打印材料”的固有思路，采用“分工協(xié)作”的全新邏輯，通過光與流體的耦合作用，實(shí)現(xiàn)了多材料的精準(zhǔn)組裝。其核心原理可概括為“先造模、再裝配”的四步流程，每一步都體現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的突破與優(yōu)化：

第一步，利用2PP技術(shù)打印高精度空心模板。研究者首先在玻璃基底上，通過2PP技術(shù)打印出帶有開口的三維空心結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)為立方體、球體，甚至牛角面包狀的復(fù)雜曲面，相當(dāng)于為最終成品定制的“微納模具”，直接決定了成品的形狀與精度，延續(xù)了傳統(tǒng)2PP技術(shù)的高精度優(yōu)勢(shì)。

第二步，將模板浸入功能顆粒分散液。這一步徹底打破了材料限制——浸入的溶液中均勻分散著各類納米或微米級(jí)顆粒，這些顆粒無需具備光固化特性，可涵蓋金屬、金屬氧化物、碳材料、量子點(diǎn)、金剛石納米顆粒等多種功能材料，真正實(shí)現(xiàn)了“不拘泥于單一材料”的制造前提。

第三步，飛秒激光誘導(dǎo)可控微流。研究者在模板開口附近，用直徑約2微米的飛秒激光進(jìn)行精準(zhǔn)照射，激光局部加熱會(huì)形成陡峭的溫度梯度，進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)烈的對(duì)流和定向流動(dòng)，這種由光誘導(dǎo)產(chǎn)生的“光流”如同無形的手，將溶液中的功能顆粒持續(xù)、精準(zhǔn)地“推送”進(jìn)空心模板內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)顆粒的定向運(yùn)輸與初步排列。

第四步，顆粒堆積成形與模板去除。功能顆粒在模板內(nèi)部不斷累積，逐步填充出預(yù)設(shè)的三維形狀，顆粒之間依靠強(qiáng)大的范德華力牢固結(jié)合，即便不經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定自支撐；若經(jīng)過退火等后處理，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還能進(jìn)一步提升。最終通過后處理選擇性去除聚合物模板，便得到了完全由目標(biāo)功能材料構(gòu)成的獨(dú)立三維微結(jié)構(gòu)。

整個(gè)過程的核心關(guān)鍵，在于對(duì)兩種作用力的精準(zhǔn)平衡：一是顆粒之間的吸引作用，決定了顆粒能否穩(wěn)定聚集；二是流體對(duì)顆粒的拖拽作用，避免流動(dòng)過強(qiáng)沖散顆粒、過弱無法高效填充。研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)溶液離子強(qiáng)度和激光掃描速度，找到了最佳參數(shù)窗口，使顆粒組裝效率達(dá)到每分鐘10?量級(jí)，還能穩(wěn)定制造出懸垂曲面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，兼顧了效率與精度。

與多種微材料/納米材料具有廣泛的兼容性

為驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用價(jià)值，研究團(tuán)隊(duì)已展示了兩項(xiàng)極具代表性的應(yīng)用案例，充分彰顯了“萬物皆可微印”的產(chǎn)業(yè)化潛力。其一，三維多孔微閥，可在微流控芯片中實(shí)現(xiàn)納米顆粒的精準(zhǔn)尺寸篩分，為微流控系統(tǒng)的功能升級(jí)提供了全新方案；其二，多材料微型機(jī)器人，通過集成磁性、光響應(yīng)和催化材料，能夠在外場(chǎng)調(diào)控下實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)模式，在生物醫(yī)學(xué)、微操作等領(lǐng)域具有廣闊前景。

馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所物理智能部門負(fù)責(zé)人梅廷·西蒂評(píng)價(jià)道：“光流體組裝克服了微納制造的材料限制，為微型機(jī)器人學(xué)、微納光子學(xué)和催化領(lǐng)域開辟了全新可能性，有望推動(dòng)微型機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化應(yīng)用”。事實(shí)上，這項(xiàng)技術(shù)的突破意義遠(yuǎn)不止于此——它將微納3D制造從“打印樹脂”的單一模式，拓展到“打印模板+裝配功能材料”的多元化新模式，在保持高精度的同時(shí)，極大提升了材料選擇的自由度，徹底解決了傳統(tǒng)技術(shù)的材料兼容性痛點(diǎn)，為多材料、多功能微器件的研發(fā)提供了全新技術(shù)路線。

回顧2026年，3D打印領(lǐng)域已連續(xù)兩篇研究登上《Nature》，從1月中旬的雙光子3D打印微米級(jí)水凝膠纖毛，到此次的光流控3D微納制造技術(shù)，不難看出微納尺度制造正成為3D打印領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而“高精度、多材料、多功能”則成為技術(shù)突破的核心方向。此次光流控3D微納制造技術(shù)的問世，不僅填補(bǔ)了多材料微納制造的技術(shù)空白，更打開了通往多功能微系統(tǒng)的大門，未來有望在微光子器件、高效催化微結(jié)構(gòu)、智能藥物遞送、體內(nèi)微型手術(shù)機(jī)器人、高密度微傳感器等多個(gè)前沿領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

對(duì)于3D打印行業(yè)而言，這項(xiàng)頂刊成果的發(fā)表，再次印證了技術(shù)融合的強(qiáng)大力量——將傳統(tǒng)2PP技術(shù)的精度優(yōu)勢(shì)與光流控技術(shù)的材料靈活性相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了“1+1>2”的突破。而中國(guó)青年學(xué)者在這項(xiàng)頂尖研究中的核心貢獻(xiàn)，也彰顯了中國(guó)在微納制造領(lǐng)域的青年科研力量正在走向世界前沿，為全球3D打印技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展注入了新活力。

據(jù)悉，該研究相關(guān)論文以“Optofluidic three-dimensional microfabrication and nanofabrication”為題發(fā)表于《Nature》期刊（論文DOI：10.1038/s41586-025-10033-x），所有研究結(jié)論均基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證，無虛構(gòu)或夸大表述，為行業(yè)研究與技術(shù)轉(zhuǎn)化提供了可靠的參考依據(jù)。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷優(yōu)化與產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，“萬物皆可微印”將不再是科幻概念，而是逐步走進(jìn)現(xiàn)實(shí)的制造能力，引領(lǐng)微納制造領(lǐng)域邁入一個(gè)全新的時(shí)代。

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